Design and Applications of Noncanonical DNA Base Pairs
Source abstract
Abstract
While the Watson-Crick base pairs are known to stabilize the DNA double helix and play a vital role in storage/replication of genetic information, their replacement with non-Watson-Crick base pairs has recently been shown to have interesting practical applications. Nowadays, theoretical calculations are routinely performed on very complex systems to gain a better understanding of how molecules interact with each other. We not only bring together some of the basic concepts of how mispaired or unnatural nucleobases interact with each other but also look at how such an understanding influences the prediction of novel properties and development of new materials. We highlight the recent developments in this field of research. In this Perspective, we discuss the success of DFT methods, particularly, dispersion-corrected DFT, for applications such as pH-controlled molecular switching, electric-field-induced stacking of disk-like molecules with guanine quartets, and optical birefringence of alkali-metal-coordinated guanine quartets. The synergy between theoretical models and real applications is highlighted.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advanced biosensing and bioanalysis techniques · DNA and Nucleic Acid Chemistry · Molecular Junctions and Nanostructures
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Spectroscopy, Indian Association for the Cultivation of Science, Jadavpur 700032 West Bengal, India
References (87)
Show source-provided references
1. Seeman N. C. · J. Theor. Biol. · 1982 · 99 · 23710.1016/0022-5193(82)90002-9 ↗
2. Modi S. · J. Phys. Chem. Lett. · 2010 · 1 · 199410.1021/jz1004957 ↗
3. Seeman N. C. · Trends Biochem. Sci. · 2005 · 30 · 11910.1016/j.tibs.2005.01.007 ↗
4. Davis J. T. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 43 · 66810.1002/anie.200300589 ↗
5. Gray R. D. · J. Phys. Chem. B. · 2009 · 113 · 267610.1021/jp809578f ↗
6. Li J. J. · Nano Lett. · 2002 · 2 · 31510.1021/nl015713+ ↗
7. Alberti P. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 2003 · 100 · 156910.1073/pnas.0335459100 ↗
8. Dittmer W. U. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 43 · 355010.1002/anie.200353537 ↗
9. Fahlman R. P. · Nano Lett. · 2003 · 3 · 107310.1021/nl034267i ↗
10. Liu D. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2003 · 42 · 573410.1002/anie.200352402 ↗
11. Jin K. S. · J. Phys. Chem. B. · 2009 · 113 · 185210.1021/jp808186z ↗
12. Kotlyar A. B. · Adv. Mater. · 2005 · 17 · 190110.1002/adma.200401997 ↗
13. Cohen H. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 98110.1021/nl070013b ↗
14. Borovok N. · Nucleic Acids Res. · 2008 · 36 · 505010.1093/nar/gkn459 ↗
15. Shapir E. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 2207910.1021/jp107952y ↗
16. Westhof E. · Structure · 2000 · 8 · R5510.1016/S0969-2126(00)00112-X ↗
17. Noller H. F. · Science · 2005 · 309 · 150810.1126/science.1111771 ↗
18. Šponer J. · J. Phys. Chem. · 1996 · 100 · 196510.1021/jp952760f ↗
19. Leontis N. B. · RNA · 2001 · 7 · 49910.1017/S1355838201002515 ↗
20. Bhattacharyya D. · J. Biosci. · 2007 · 32 · 80910.1007/s12038-007-0082-4 ↗
21. Šponer J. E. · J. Phys. Chem. A · 2005 · 109 · 229210.1021/jp050132k ↗
22. Saenger W. · 198410.1007/978-1-4612-5190-3 ↗
23. Sivakova S. · Chem. Soc. Rev. · 2005 · 34 · 910.1039/b304608g ↗
24. Hirao I. · Acc. Chem. Res. · 2012 · 45 · 205510.1021/ar200257x ↗
25. Wojciechowski F. · Chem. Soc. Rev. · 2011 · 40 · 566910.1039/c1cs15027h ↗
26. Takezawa Y. · Acc. Chem. Res. · 2012 · 45 · 206610.1021/ar200313h ↗
27. Vazquez-Mayagoita A. · J. Phys. Chem. B. · 2008 · 112 · 217910.1021/jp7095746 ↗
28. Blas J. R. · J. Phys. Chem. A · 2011 · 115 · 1134410.1021/jp205122c ↗
29. Hobza P. · Chem. Rev. · 1999 · 99 · 324710.1021/cr9800255 ↗
30. Goh G B. · J. Phys. Chem. Lett. · 2013 · 4 · 76010.1021/jz400078d ↗
31. Bath J. · Nat. Nanotech · 2007 · 2 · 27510.1038/nnano.2007.104 ↗
32. Modi S. · Nat. Nanotechnol. · 2009 · 4 · 32510.1038/nnano.2009.83 ↗
33. Ohmichi T. · Biochemistry · 2005 · 44 · 712510.1021/bi0476782 ↗
34. Lee J. A. · Chem. Commun. · 2010 · 46 · 41810.1039/B918725A ↗
35. Jissy A. K. · J. Phys. Chem. B · 2010 · 114 · 1531110.1021/jp106732u ↗
36. Boulard Y. · Nucleic Acids Res. · 1992 · 20 · 193310.1093/nar/20.8.1933 ↗
37. Breslauer K. J. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 1986 · 83 · 374610.1073/pnas.83.11.3746 ↗
38. Habener J. F. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 1988 · 85 · 173510.1073/pnas.85.6.1735 ↗
39. Davis A. R. · Biochemistry · 2010 · 49 · 866910.1021/bi100146z ↗
40. Schweitzer B. A. · J. Org. Chem. · 1994 · 59 · 723810.1021/jo00103a013 ↗
41. Meyer M. · J. Biomol. Struct. Dyn. · 1997 · 15 · 61910.1080/07391102.1997.10508972 ↗
42. Jissy A. K. · ChemPhysChem · 2013 · 14 · 121910.1002/cphc.201201083 ↗
43. Fonseca Guerra C. · Chem.—Eur. J. · 1999 · 5 · 358110.1002/(SICI)1521-3765(19991203)5:12<3581::AID-CHEM3581>3.0.CO;2-Y ↗
44. Sherer E. C. · J. Phys. Chem. B · 2001 · 105 · 844510.1021/jp010197x ↗
45. Florian J. · J. Phys. Chem. B · 2000 · 104 · 1009210.1021/jp001760z ↗
46. Dunitz J. D. · ChemBioChem · 2004 · 5 · 61410.1002/cbic.200300801 ↗
47. Krapp A. · Chem.—Eur. J. · 2006 · 12 · 919610.1002/chem.200600564 ↗
48. te Velde G. · J. Comput. Chem. · 2001 · 22 · 93110.1002/jcc.1056 ↗
49. Turner D. H. · J. Am. Chem. Soc. · 1987 · 109 · 378310.1021/ja00246a047 ↗
50. SantaLucia J. · Science · 1992 · 256 · 21710.1126/science.1373521 ↗
51. Young M. A. · J. Phys. Chem. B · 1998 · 102 · 766610.1021/jp9823188 ↗
52. Arora N. · J. Phys. Chem. B · 1998 · 102 · 613910.1021/jp9813692 ↗
53. Calzolari A. · J. Phys. Chem. B · 2004 · 108 · 250910.1021/jp036689m ↗
54. Trajkovski M. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 2382110.1021/jp308824j ↗
55. Hou J. Q. · J. Phys. Chem. B · 2010 · 114 · 1530110.1021/jp106683n ↗
56. Akhshi P. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 285010.1002/anie.201107700 ↗
57. Lech C. J. · J. Phys. Chem. B · 2013 · 117 · 985110.1021/jp404788t ↗
58. Cavallari M. · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 2633710.1021/jp064522y ↗
59. Cavallari M. · J. Phys. Chem. B · 2009 · 113 · 1315210.1021/jp9039226 ↗
60. Jissy A. K. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 1253010.1021/jp202401b ↗
61. Woiczikowski P. B. · J. Chem. Phys. · 2010 · 133
62. Di Felice R. · J. Phys. Chem. B · 2005 · 109 · 2230110.1021/jp054274q ↗
63. Meyer M. · J. Phys. Chem. A · 2001 · 105 · 822310.1021/jp011179i ↗
64. Gu J. · Chem. Phys. Lett. · 1999 · 311 · 20910.1016/S0009-2614(99)00821-0 ↗
65. Louit G. · PhysChemComm · 2002 · 5 · 9410.1039/B204736E ↗
66. Skelly J. V. · Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. · 1993 · 90 · 80410.1073/pnas.90.3.804 ↗
67. Kettani A. · J. Mol. Biol. · 2000 · 297 · 62710.1006/jmbi.2000.3524 ↗
68. Lee M. P. H. · J. Am. Chem. Soc. · 2007 · 129 · 1010610.1021/ja0740869 ↗
69. Taylor A. · J. Phys. Chem. B · 2010 · 114 · 983310.1021/jp912013k ↗
70. Das R. N. · Chem.—Eur. J. · 2012 · 18 · 600810.1002/chem.201103814 ↗
71. Shaikh S. A. · Arch. Biochem. Biophys. · 2004 · 429 · 8110.1016/j.abb.2004.05.019 ↗
72. Li S. · J. Phys. Chem. B · 2009 · 113 · 1116610.1021/jp905765c ↗
73. Sponer J. · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2008 · 10 · 259510.1039/b719370j ↗
74. Kim M.-Y. · J. Am. Chem. Soc. · 2002 · 124 · 209810.1021/ja017308q ↗
75. Clark G. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2003 · 125 · 406610.1021/ja0297988 ↗
76. Řeha D. · J. Am. Chem. Soc. · 2002 · 124 · 336610.1021/ja011490d ↗
77. Shankar A. J. · J. Phys. Chem. B · 2012 · 116 · 1208810.1021/jp304260t ↗
78. Jissy A. K. · J. Chem. Sci. · 2011 · 123 · 89110.1007/s12039-011-0155-7 ↗
79. Liu H. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 303410.1021/jp210719r ↗
80. Shaik S. · J. Am. Chem. Soc. · 2004 · 126 · 1174610.1021/ja047432k ↗
81. Mallajosyula S. S. · J. Phys. Chem. Lett. · 2010 · 1 · 188110.1021/jz1003654 ↗
82. Jissy A. K. · ChemPhysChem · 2012 · 13 · 416310.1002/cphc.201200690 ↗
83. Datta A. · J. Chem. Phys. · 2003 · 118 · 842010.1063/1.1565320 ↗
84. Datta A. · Chem. Soc. Rev. · 2006 · 35 · 130510.1039/b605478a ↗
85. Mishra B. K. · J. Phys. Chem. A · 2004 · 109 · 610.1021/jp045218c ↗
86. Changenet-Barret P. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 1433910.1021/jp102106d ↗
87. Hua Y. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 1468210.1021/jp303651e ↗