Autonomous DNA nanostructures instructed by hierarchically concatenated chemical reaction networks
Abstract: Concatenation and communication between chemically distinct chemical reaction networks (CRNs) is an essential principle in biology for controlling dynamics of hierarchical structures. Here, to provide a model system for such biological systems, we demonstrate autonomous lifecycles of DNA nanotubes (DNTs) by two concatenated CRNs using different thermodynamic principles: (1) ATP-powered ligation/restriction of DNA components and (2) input strand-mediated DNA strand displacement (DSD) using energy gains provided in DNA toeholds. This allows to achieve hierarchical non-equilibrium systems by concurrent ATP-powered ligation-induced DSD for activating DNT self-assembly and restriction-induced backward DSD reactions for triggering DNT degradation. We introduce indirect and direct activation of DNT self-assemblies, and orthogonal molecular recognition allows ATP-fueled self-sorting of transient multicomponent DNTs. Coupling ATP dissipation to DNA nanostructures via programmable DSD is a generic concept which should be widely applicable to organize other DNA nanostructures, and enable the design of automatons and life-like systems of higher structural complexity
- Location
-
Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
- Extent
-
Online-Ressource
- Language
-
Englisch
- Notes
-
ISSN: 2041-1723
- Classification
-
Biowissenschaften, Biologie
- Event
-
Veröffentlichung
- (where)
-
Freiburg
- (who)
-
Universität
- (when)
-
2023
- Creator
- DOI
-
10.1038/s41467-021-25450-5
- URN
-
urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2369096
- Rights
-
Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
- Last update
-
25.03.2025, 1:49 PM CET
Data provider
Deutsche Nationalbibliothek. If you have any questions about the object, please contact the data provider.
Associated
- Deng, Jie
- Walther, Andreas
- Universität
Time of origin
- 2023
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