Kissing-loop Interactions as Struts for Higher Order DNA Nanoarchitectures

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Ziel dieses Projekts ist es, die Möglichkeit zu untersuchen, mit Hilfe spezifischer Wechselwirkungen von Haarnadelschleifen in Nukleinsäuren höhergeordnete DNA Architekturen zu stabilisieren. Wir haben kürzlich herausgefunden, dass diese Wechselwirkungen eine wichtige Rolle bei der selektiven Bindung zweier kleiner RNA Haarnadelmotive an einen natürlichen RNA riboschalter spielen. Solche festen Wechselwirkungen könnten daher ein neuartiges Paradigma in der Konzipierung von geometrischen DNA-Anordnungen sein, mit denen hochkomplexe Nukleinsäurestrukturen stabil zusammengehalten werden könnten. Im Gegensatz zu Wechselwirkungen in Nukleinsäuren, welche allein auf Hybridisierung basieren, benötigt die feste Bindung zweier Haarnadelstrukturen durch Schleifen/Schleifen-Wechselwirkungen („Kissing Komplexe“) die Anwesenheit divalenter Metallionen, wie Mg2+. Kissing Komplexe kommen in der Natur als Regulationselemente vor, in denen sie die Expression bestimmter Gene kontrollieren. Sie können auch mit Hilfe von in vitro Selektionen isoliert oder durch rationales Design erhalten werden. In diesem Antrag planen wir, Kissing Komplexe als neues Strukturelement zum Aufbau neuartiger DNA Architekturen zu etablieren. Mit Hilfe der Transmissions- und Elektronenmikroskopie, sowie durch Atomare Kraftmikroskopie (AFM) wollen wir die Morphologie und Topologie solcher DNA Anordnungen untersuchen und charakterisieren. Dieses neuartige Konzept der Selbstanordnung von supramolekularen DNA-Geometrien unter Verwendung von Kissing- Loop Wechselwirkungen könnte wesentlich zum Konzept der DNA Nanotechnologie beitragen.