journal article·2023Open access

A DNA origami-based device for investigating DNA bending proteins by transmission electron microscopy

Ashwin Karthick Natarajan, Joonas Ryssy, Anton Kuzyk

Nanoscale· Volume 15· Issue 7

Abstract

The DNA origami technique offers precise positioning of nanoscale objects with high accuracy. This has facilitated the development of DNA origami-based functional nanomechanical devices that enable the investigation of DNA-protein interactions at the single particle level. Herein, we used the DNA origami technique to fabricate a nanoscale device for studying DNA bending proteins. For a proof of concept, we used TATA-box binding protein (TBP) to evaluate our approach. Upon binding to the TATA box, TBP causes a bend to DNA of ∼90°. Our device translates this bending into an angular change that is readily observable with a conventional transmission electron microscope (TEM). Furthermore, we investigated the roles of transcription factor II A (TF(II)A) and transcription factor II B (TF(II)B). Our results indicate that TF(II)A introduces additional bending, whereas TF(II)B does not significantly alter the TBP-DNA structure. Our approach can be readily adopted to a wide range of DNA-bending proteins and will aid the development of DNA-origami-based devices tailored for the investigation of DNA-protein interactions.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Advanced biosensing and bioanalysis techniques · Plasmonic and Surface Plasmon Research · RNA Interference and Gene Delivery

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Neuroscience and Biomedical Engineering, Aalto University, School of Science, P.O. Box 12200, FI-00076 Aalto, Finland

Funding

Academy of Finland

References (60)

Show source-provided references
1. van der Vliet · BioEssays · 1993 · 15 · 2510.1002/bies.950150105 ↗
2. Harteis · Int. J. Mol. Sci. · 2014 · 15 · 1233510.3390/ijms150712335 ↗
3. Vámosi · Biophys. J. · 2018 · 114 · 225310.1016/j.bpj.2017.10.047 ↗
4. Pérez-Martín · Microbiol. Rev. · 1994 · 58 · 26810.1128/mr.58.2.268-290.1994 ↗
5. Jones · J. Mol. Biol. · 1999 · 287 · 87710.1006/jmbi.1999.2659 ↗
6. Liu · Biochemistry · 2012 · 51 · 93710.1021/bi201196s ↗
7. Shen · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 43 · 475010.1002/anie.200460302 ↗
8. Wu · New Phytol. · 2019 · 223 · 50810.1111/nph.15928 ↗
9. Blair · Biochemistry · 2012 · 51 · 744410.1021/bi300491j ↗
10. Nickels · Science · 2016 · 354 · 30510.1126/science.aah5974 ↗
11. Kramm · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 282810.1038/s41467-020-16702-x ↗
12. Brunet · Nucleic Acids Res. · 2015 · 43 · e7210.1093/nar/gkv201 ↗
13. Le · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 350810.1038/srep03508 ↗
14. Morimura · ACS Nano · 2013 · 7 · 1073310.1021/nn403625s ↗
15. Wong · PLoS Biol. · 2008 · 6 · e23210.1371/journal.pbio.0060232 ↗
16. Tessmer · J. Biol. Chem. · 2008 · 283 · 3664610.1074/jbc.M805712200 ↗
17. Yao · Structure · 2019 · 27 · 114810.1016/j.str.2019.04.003 ↗
18. Liu · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2018 · 115 · 336210.1073/pnas.1718825115 ↗
19. Tørring · Chem. Soc. Rev. · 2011 · 40 · 563610.1039/c1cs15057j ↗
20. Engelen · Annu. Rev. Biophys. · 2021 · 50 · 46910.1146/annurev-biophys-110520-125739 ↗
21. Stephanopoulos · Appl. Sci. · 2021 · 11 · 280210.3390/app11062802 ↗
22. Dey · Nat. Rev. Methods Primers · 2021 · 1 · 110.1038/s43586-020-00009-8 ↗
23. Endo · Acc. Chem. Res. · 2014 · 47 · 164510.1021/ar400299m ↗
24. Rajendran · Chem. Rev. · 2014 · 114 · 149310.1021/cr300253x ↗
25. Yamamoto · Nano Lett. · 2014 · 14 · 228610.1021/nl4044949 ↗
26. Le · ACS Nano · 2016 · 10 · 707310.1021/acsnano.6b03218 ↗
27. Funke · Sci. Adv. · 2016 · 2 · e160097410.1126/sciadv.1600974 ↗
28. Funke · Nano Lett. · 2016 · 16 · 789110.1021/acs.nanolett.6b04169 ↗
29. Martin · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2016 · 113 · E7456
30. Aksel · Nat. Biotechnol. · 2021 · 39 · 37810.1038/s41587-020-0716-8 ↗
31. Aissaoui · ACS Nano · 2021 · 15 · 418610.1021/acsnano.0c05113 ↗
32. Hernandez · Genes Dev. · 1993 · 7 · 129110.1101/gad.7.7b.1291 ↗
33. White · Trends Genet. · 1992 · 8 · 28410.1016/0168-9525(92)90136-R ↗
34. Sainsbury · Nat. Rev. Mol. Cell Biol. · 2015 · 16 · 12910.1038/nrm3952 ↗
35. Tsai · EMBO J. · 2000 · 19 · 2510.1093/emboj/19.1.25 ↗
36. Hieb · J. Mol. Biol. · 2007 · 372 · 61910.1016/j.jmb.2007.06.061 ↗
37. Tolić-Nørrelykke · Biophys. J. · 2006 · 90 · 369410.1529/biophysj.105.074856 ↗
38. Imbalzano · J. Biol. Chem. · 1994 · 269 · 828010.1016/S0021-9258(17)37190-9 ↗
39. Douglas · Nucleic Acids Res. · 2009 · 37 · 500110.1093/nar/gkp436 ↗
40. Kuzyk · Nat. Mater. · 2014 · 13 · 86210.1038/nmat4031 ↗
41. Huang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 4422110.1021/acsami.8b19153 ↗
42. Huang · J. Visualized Exp. · 2019 · e59280
43. Ryssy · Angew. Chem., Int. Ed. · 2021 · 60 · 585910.1002/anie.202014963 ↗
44. Linko · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1563410.1038/srep15634 ↗
45. Nikolov · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 1996 · 93 · 486210.1073/pnas.93.10.4862 ↗
46. Nafisi · Synth. Biol. · 2018 · 3 · ysy01510.1093/synbio/ysy015 ↗
47. Engelhardt · ACS Nano · 2019 · 13 · 501510.1021/acsnano.9b01025 ↗
48. Kim · Nature · 1993 · 365 · 52010.1038/365520a0 ↗
49. Kim · Nature · 1993 · 365 · 51210.1038/365512a0 ↗
50. Kosa · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 1997 · 94 · 604210.1073/pnas.94.12.6042 ↗
51. Arkova · Acta Nat. · 2014 · 6 · 3610.32607/20758251-2014-6-2-36-40 ↗
52. Kuzyk · Nat. Commun. · 2016 · 7 · 1059110.1038/ncomms10591 ↗
53. Nikolov · Nature · 1995 · 377 · 11910.1038/377119a0 ↗
54. Geiger · Science · 1996 · 272 · 83010.1126/science.272.5263.830 ↗
55. Bleichenbacher · J. Mol. Biol. · 2003 · 332 · 78310.1016/S0022-2836(03)00887-8 ↗
56. Stewart · J. Biol. Chem. · 2001 · 276 · 3007810.1074/jbc.M105276200 ↗
57. Zhao · Cell · 2002 · 108 · 61510.1016/S0092-8674(02)00648-7 ↗
58. Gietl · Nucleic Acids Res. · 2014 · 42 · 621910.1093/nar/gku273 ↗
59. Buratowski · Mol. Cell Biol. · 2002 · 22 · 873510.1128/MCB.22.24.8735-8743.2002 ↗
60. Johnson · Nano Lett. · 2019 · 19 · 846910.1021/acs.nanolett.9b02786 ↗