DNA Nanostructure-Programmed Like-Charge Attraction at the Cell-Membrane Interface.
DNA Nanostructure-Programmed Like-Charge Attraction at the Cell-Membrane Interface.
复制标题
DNA 纳米结构在细胞膜界面处编程的同电荷吸引
DOI：
10.1021/acscentsci.8b00383
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发表时间：
2018-10-24
影响因子：
18.2
通讯作者：
Fan C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ding H;Li J;Chen N;Hu X;Yang X;Guo L;Li Q;Zuo X;Wang L;Ma Y;Fan C
在各种类型的病毒和自组装DNA纳米结构中已经观察到阴离子纳米物体的细胞进入。然而，这些阴离子颗粒穿过带负电荷的细胞膜内化的物理机制仍然知之甚少。在这里，我们报告了使用病毒模仿设计师DNA纳米结构与近原子分辨率的程序“类电荷吸引力”在细胞质膜的界面。单粒子追踪表明，细胞内化的四面体DNA纳米结构（TDNs）主要取决于脂筏介导的途径，其中小窝蛋白在提供膜界面的短程吸引力中起着关键作用。模拟和实验数据都表明，TDNs主要通过其角来接近膜，以最大限度地减少静电排斥，并且它们在由小窝蛋白的短距离限制下在膜中诱导不均匀的电荷重新分布。我们期望纳米级的类电荷吸引机制为病毒进入提供新的线索，并为合理设计用于治疗的阴离子载体提供一般规则。
Cell entry of anionic nano-objects has been observed in various types of viruses and self-assembled DNA nanostructures. Nevertheless, the physical mechanism underlying the internalization of these anionic particles across the negatively charged cell membrane remains poorly understood. Here, we report the use of virus-mimicking designer DNA nanostructures with near-atomic resolution to program “like-charge attraction” at the interface of cytoplasmic membranes. Single-particle tracking shows that cellular internalization of tetrahedral DNA nanostructures (TDNs) depends primarily on the lipid-raft-mediated pathway, where caveolin plays a key role in providing the short-range attraction at the membrane interface. Both simulation and experimental data establish that TDNs approach the membrane primarily with their corners to minimize electrostatic repulsion, and that they induce uneven charge redistribution in the membrane under the short-distance confinement by caveolin. We expect that the nanoscale like-charge attraction mechanism provides new clues for viral entry and general rules for rational design of anionic carriers for therapeutics.
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