Magnetic forces and DNA mechanics in multiplexed magnetic tweezers.
Magnetic forces and DNA mechanics in multiplexed magnetic tweezers.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0041432
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发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Dekker C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
De Vlaminck I;Henighan T;van Loenhout MT;Burnham DR;Dekker C
磁力镊子 (MT) 是研究 DNA-酶相互作用的有力工具。 MT 中使用的基于磁铁的操纵和基于摄像头的检测都非常适合多重测量。在这里，我们系统地解决了与将多重磁镊子 (MMT) 扩展到高水平并行化相关的挑战，其中大量分子（例如 103 个）在单分子测量所需的相同时间内被处理。我们对记录的图像进行离线分析，并表明这种方法为同时并行跟踪许多珠子的 xyz 位置提供了可扩展的解决方案。我们采用大视场成像系统来并行处理许多 DNA 珠系链。我们对磁铁产生的 3D 磁场进行建模，并根据第一原理导出大视场中 DNA 珠系绳所受到的磁力。我们进一步通过实验证明，受到旋转磁场作用的 DNA 珠系链描述了双圆利马松旋转模式，并且对该模式的分析同时产生了有关力角和 DNA 在珠子上附着位置的信息。最后，我们将 MMT 应用于感应磁矩分布、DNA 在磁珠上的附着位置以及 DNA 柔性的高通量研究。本文描述的方法为千分子水平磁镊实验铺平了道路。
Magnetic tweezers (MT) are a powerful tool for the study of DNA-enzyme interactions. Both the magnet-based manipulation and the camera-based detection used in MT are well suited for multiplexed measurements. Here, we systematically address challenges related to scaling of multiplexed magnetic tweezers (MMT) towards high levels of parallelization where large numbers of molecules (say 103) are addressed in the same amount of time required by a single-molecule measurement. We apply offline analysis of recorded images and show that this approach provides a scalable solution for parallel tracking of the xyz-positions of many beads simultaneously. We employ a large field-of-view imaging system to address many DNA-bead tethers in parallel. We model the 3D magnetic field generated by the magnets and derive the magnetic force experienced by DNA-bead tethers across the large field of view from first principles. We furthermore experimentally demonstrate that a DNA-bead tether subject to a rotating magnetic field describes a bicircular, Limaçon rotation pattern and that an analysis of this pattern simultaneously yields information about the force angle and the position of attachment of the DNA on the bead. Finally, we apply MMT in the high-throughput investigation of the distribution of the induced magnetic moment, the position of attachment of DNA on the beads, and DNA flexibility. The methods described herein pave the way to kilo-molecule level magnetic tweezers experiments.
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