Name: stretching short sequences of dna with constant force axial optical tweezers
Uploaded: 2011-10-13T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Stretching Short Sequences of DNA with Constant Force Axial Optical Tweezers at JoVE.com

نشكر الدكتور Yih-مروحة تشن للمساعدة في ملاقط والبصرية والمحورية للمساهمة بعض بياناته تمتد إلى هذا المخطوط. وقد رعت هذا العمل عن طريق منحة NSF PHY-0957293 وFOCUS منحة PHY-0114336.

1. ملاقط الإعداد <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم تقسيم شعاع من ليزر 1064 نانومتر إلى شعاعين الاستقطاب orthogonally. ويستخدم واحد لمعالجة جزيء حيوي بينما يستخدم الآخر لأغراض المعايرة (انظر الشكل 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم التحكم في شدة شعاع تلاعب م...

<ol>
	<li>Halford, S. E., Welsh, A. J., Szczelkun, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme-mediated+DNA+looping.">Enzyme-mediated DNA looping.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 33, 1-24 (2004).</li><li>Allemand, J. F., Cocco, S., Douarche, N., Lia, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Loops+in+DNA:+an+overview+of+experimental+and+theoretical+approaches.">Loops in DNA: an overview of experimental and theoretical approaches.</a> Eur. Phys. J. E. Soft. Matter. 19, 293-302 (2006).</li><li>Kaplan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+DNA-encoded+nucleosome+organization+of+a+eukaryotic+genome.">The DNA-encoded nucleosome organization of a eukaryotic genome.</a> Nature. 458, 362-366 (2009).</li><li>Garcia, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Consequences+of+Tightly+Bent+DNA:+The+Other+Life+of+a+Macromolecular+Celebrity.">Biological Consequences of Tightly Bent DNA: The Other Life of a Macromolecular Celebrity.</a> Biopolymers. 85, 115-130 (2006).</li><li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping.">Optical trapping.</a> Rev. Sci. Instrum. 75, 2787-2809 (2004).</li><li>Moffitt, J. R., Chemla, Y. R., Smith, S. B., Bustamante, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+optical+tweezers.">Recent advances in optical tweezers.</a> Annu. Rev. Biochem. 77, 205-228 (2008).</li><li>Chen, Y. F., Blab, G. A., Meiners, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretching+submicron+biomolecules+with+constant-force+axial+optical+tweezers.">Stretching submicron biomolecules with constant-force axial optical tweezers.</a> Biophys. J. 96, 4701-4708 (2009).</li><li>Chen, Y. F., Wilson, D. P., Raghunathan, K., Meiners, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entropic+boundary+effects+on+the+elasticity+of+short+DNA+molecules.">Entropic boundary effects on the elasticity of short DNA molecules.</a> Phys. Rev. E. 80, 020903-020903 (2009).</li><li>Chen, Y. F., Chu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tethered+Particle+Microscopy+(TPM)+Protocol.">Tethered Particle Microscopy (TPM) Protocol.</a> Meiners Lab. , (2011).</li><li>Brenner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+slow+motion+of+a+sphere+through+a+viscous+fluid+towards+a+plane+surface.">The slow motion of a sphere through a viscous fluid towards a plane surface.</a> Chem. Eng. Sci. 16, 242-251 (1961).</li><li>Marko, J. F., Siggia, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stretching+DNA.">Stretching DNA.</a> Macromolecules. 28, 8759-8770 (1995).</li><li>Greenleaf, W. J., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule,+motion-based+DNA+sequencing+using+RNA+polymerase.">Single-molecule, motion-based DNA sequencing using RNA polymerase.</a> Science. 313, 801-801 (2006).</li><li>Chen, Y. F., Milstein, J. N., Meiners, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein-mediated+DNA+loop+formation+and+breakdown+in+a+fluctuating+environment.">Protein-mediated DNA loop formation and breakdown in a fluctuating environment.</a> Phys. Rev. Lett. 104, 258103-258103 (2010).</li><li>Chen, Y. F., Milstein, J. N., Meiners, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Femtonewton+entropic+forces+can+control+the+formation+of+protein-mediated+DNA+loops.">Femtonewton entropic forces can control the formation of protein-mediated DNA loops.</a> Phys. Rev. Lett. 104, 048301-048301 (2010).</li><li>Raghunathan, K., Milstein, J. N., Juliar, B., Blaty, J., Meiners, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequence+Dependent+Effects+on+the+Elasticity+of+Short+DNA+Molecules.">Sequence Dependent Effects on the Elasticity of Short DNA Molecules.</a> , (2011).</li></ol>

ملاقط البصرية التقليدية تعتمد على التغذية المرتدة إما التناظرية أو الكمبيوتر التي تسيطر عليها لتطبيق قوة ثابتة على كائن سهل الانكسار. هذه النظم ملاحظات بالموقع يجدون صعوبة في أداء حيث ظل ظروف التغيرات المفاجئة في تمديد العينة يحدث، على سبيل المثال، من من البروتين م...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><th> كاشف / معدات </th><th> شركة </th><th> كتالوج رقم </th><th> تعليقات </th></tr><tr><td> الثاني: YVO4 الليزر </td><td> أطياف الفيزياء </td><td> T40-Z-106C </td><td></td></tr><tr><td> صوتية البصرية منحرف </td><td> IntraAction </td><td> DTD-274HA6 </td><td></td></tr><tr><td> المجهر الهدف </td><td> OLYMPUS </td><td> PlanApo </td><td> 60X، NA 1.4 </td></tr><tr><td> بيزو المرحلة </td><td> جنون مدينة مختبرات </td><td> نانو LP100 </td><td> XYZ المرحلة </td></tr><tr><td> CCD كاميرا </td><td> PixeLink </td><td> PL-A741 </td><td></td></tr><tr><td> Photodetector </td><td> الكهربائية والبصريات التكنولوجيا </td><td> ET-3020 </td><td></td></tr><tr><td> البوليسترين الخرز </td><td> Spherotech </td><td> SVP-08-10 </td><td> 800nm، streptavidin مطلي </td></tr><tr><td> مكافحة digoxigenin </td><td> روش </TD&gt; <td> 11333089001 </td><td> من الأغنام </td></tr><tr><td> الاشعال </td><td> MWG OPERON </td><td> مخصص oligos </td><td> واحد التمهيدي: البيوتين الأخرى: digoxigenin </td></tr><tr><td> PCR الكواشف </td><td> نيو إنجلاند Biolabs </td><td> طق بوليميريز، dNTPs </td><td></td></tr><tr><td> ساترة </td><td> فيشر العلمية </td><td></td><td></td></tr><tr><td> غيرها من المواد الكيميائية ل العازلة </td><td> فيشر العلمية </td><td></td><td></td></tr></tbody></table> مواد تكميلية A. معامل الاحتكاك هيدرودينامي لتحديد معامل الاحتكاك الهيدروديناميكية من المكروية بالقرب من سطح يمكن للمرء استخدام 5،10 التوسع التالية: <img src="/files/ftp_upload/3405/3405eq1.jpg" alt="المعادلة 1" /> حيث ح الاختزال التاليةكما تم إدخال: <img src="/files/ftp_upload/3405/3405eq2.jpg" alt="المعادلة 2" /> يتم تعريف معامل الاحتكاك من حيث اللزوجة η السائل ونصف قطر الكرة المكروية، مع المركز المكروية في يقع على مسافة η فوق السطح. والجمع يتقاطع بشكل معقول عندما توسعت لحوالي عشرة شروط. B. تأثير الوظيفة المحورية على معايرة تصلب معايرة صلابة فخ المفاضلة بين ينطوي على دقة المعايرة، مما يزيد المسافة مع زيادة من السطح، وموقف الفعلي المحوري حيث يتم استخدام فخ تجريبيا. بشكل عام، يتم معايرة في فخ عند حوالي 800-1000 نانومتر من السطح، وهي نسبة أعلى من حالة التجريبية الفعلية. C. التعديل دودة على غرار سلسلة (WLC) نموذج يمكن تناسب منحنيات التمديد لقوة WLC م المعدلةodel التي تمثل آثار الإقصاء حجم القوة البصرية في صفر على النحو التالي: <img src="/files/ftp_upload/3405/3405eq3.jpg" alt="المعادلة 3" /> حيث F هي القوة الأراضي الفلسطينية المحتلة البصرية، X س معلمة صالح لتمديد قوة الصفر، X الأراضي الفلسطينية المحتلة هو امتداد تحت قوة، l هو طول كفاف من DNA، ول * ع معلمة الثاني لصالح فعالة &quot; ويرد &quot;طول المثابرة. WLC F من طراز WLC المعتاد 11 <img src="/files/ftp_upload/3405/3405eq4.jpg" alt="المعادلة 4" /> حيث ε هو امتداد DNA النسبية.

stretching short sequences of dna with constant force axial optical tweezers

واحدة جزيء DNA تقنيات لتمتد أطوال محيط أقل من كيلو قاعدة محفوفة الصعوبات التجريبية. ومع ذلك، العديد من الأحداث البيولوجية مثيرة للاهتمام مثل هيستون والبروتين ملزمة بوساطة حلقات من DNA 1،2، تحدث على هذا النطاق طول. في السنوات الأخيرة، وقد تبين الخواص الميكانيكية للDNA للعب دورا هاما في العمليات الخلوية الأساسية مثل التعبئة والتغليف من الحمض النووي في Nucleosomes للألياف الكروماتين المدمجة و3،4. بوضوح، ومن ثم من المهم أن نفهم الخواص الميكانيكية للمسافات قصيرة من الحمض النووي. في هذه الورقة، ونحن نقدم دليل عملي لتقنية واحدة جزيء البصرية نتف الريش التي قمنا بتطويرها لدراسة السلوك الميكانيكي للDNA مع أطوال قصيرة قدر كفاف لbasepairs بضع مئات. العقبة الرئيسية في قطاعات تمتد قصيرة من الحمض النووي هو التي تم تصميمها بشكل عام ملاقط البصرية التقليدية لاستخدام القوة في directioن الجانبي إلى المرحلة 5،6، (انظر الشكل 1). في هذه الهندسة، والزاوية بين حبة وساترة، والتي يتم ربط الحمض النووي، ويصبح حاد جدا لطول DNA submicron. ويجب الآن أن الموقف المحوري تمثل، والذي يمكن أن يشكل تحديا، ومنذ التمديد للالمكروية تستمر أقرب إلى ساترة، وتعزيز الآثار الفراغية. وعلاوة على ذلك، نتيجة لعدم التكافؤ في المجهرية، وتمديد الجانبي توليد مستويات مختلفة من عزم الدوران بسبب دوران الكرة المكروية في فخ البصرية منذ اتجاه التغييرات قوة رد الفعل خلال فترة التمديد. طرق بديلة لتشغيل DNA submicron تمتد حتى ضد حواجز فريدة خاصة بهم. على سبيل المثال، يقتصر فخ مزدوج الحزمة الضوئية لتمتد من DNA حول الطول الموجي، والذي آثار التدخل نقطة بين اثنين والفخاخ من تشتت الضوء بين المجهرية تبدأ تشكل مشكلة كبيرة. استبدال واحدة من الفخاخومع micropipette على الأرجح تعاني من تحديات مماثلة. في حين يمكن للمرء أن استخدام مباشرة المحتملة المحوري لتمتد DNA سوف تكون هناك حاجة إلى وجود مخطط التقييم بالموقع لتطبيق قوة ثابتة وعرض النطاق الترددي لهذا ستكون محدودة للغاية، وخاصة في القوات منخفضة. نحن الالتفاف على هذه المشاكل الأساسية عن طريق سحب مباشرة DNA بعيدا عن ساترة باستخدام قوة ثابتة المحوري البصرية ملاقط 7،8. ويتحقق ذلك من خلال محاصرة حبة في منطقة خطية من الإمكانات البصرية، حيث القوة البصرية يمكن ضبطها ثابت قوة التي من خلال تعديل قوة الليزر. محاصرة داخل المنطقة الخطية أيضا بمثابة المشبك القوة البصرية على جميع DNA الذي يمتد لقرابة 350 نيوتن متر في الاتجاه المحوري. نحن في وقت واحد لتعويض الانجراف الحرارية والميكانيكية عن طريق ضبط دقة موقف المرحلة بحيث المكروية إشارة إلى تمسك ساترة لا يزال في نفس الموقف والتركيز، وهوالنماذج التالية لفترة غير محدودة تقريبا المراقبة.

Watch this Scientific Journal Video about Stretching Short Sequences of DNA with Constant Force Axial Optical Tweezers at JoVE.com

Stretching Short Sequences of DNA with Constant Force Axial Optical Tweezers

نحن توضيح استخدام القوة البصرية ملاقط ثابتة المحوري لاستكشاف الخواص الميكانيكية للجزيئات DNA قصيرة. بواسطة DNA تمتد محوريا، ونحن تقليل العوائق الفراغية والتحف التي تنشأ في التلاعب الجانبية التقليدية، مما يسمح لنا لدراسة جزيئات DNA قصيرة قدر نانومتر 100 ~.

تمتد سلاسل قصيرة من الحمض النووي مع ثابت القوة المحورية الملقط البصري

Single-molecule techniques for stretching DNA of contour lengths  less than a kilobase are fraught with experimental difficulties. However, many ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Visualization of Recombinant DNA and Protein Complexes Using Atomic Force Microscopy

التصور من الحمض النووي المؤتلف والمجمعات البروتين باستخدام الميكروسكوب القوة الذرية

Atomic force microscopy (AFM) allows for the visualizing of individual proteins, DNA molecules, protein-protein complexes, and DNA-protein complexes. On ...

Multiplexed Single-molecule Force Proteolysis Measurements Using Magnetic Tweezers

المضاعفة واحدة جزيء القياسات التحلل البروتيني باستخدام الملقط قوة مغناطيسية

The  generation and detection of mechanical forces is a ubiquitous aspect of cell physiology,  with direct relevance to cancer metastasis1, atherogenesis2 ...

Constant Pressure-controlled Extrusion Method for the Preparation of Nano-sized Lipid Vesicles

ثابت الطريقة النتوء الضغط التي تسيطر عليها لإعداد الحويصلات الدهن نانو الحجم

Liposomes are artificially prepared vesicles consisting of natural and synthetic phospholipids that are widely used as a cell membrane mimicking platform ...

Quantifying the Mechanical Properties of the Endothelial Glycocalyx with Atomic Force Microscopy

قياس الخواص الميكانيكية للالكنان السكري غشائي مع مجهر القوة الذرية

Our  understanding of the interaction of leukocytes and the vessel wall during  leukocyte capture is limited by an incomplete understanding of the ...

Investigating Receptor-ligand Systems of the Cellulosome with AFM-based Single-molecule Force Spectroscopy

Cellulosomes are discrete multienzyme complexes used by a subset of anaerobic bacteria and fungi to digest lignocellulosic substrates. Assembly of the ...

Quantitative Optical Microscopy: Measurement of Cellular Biophysical Features with a Standard Optical Microscope

المجهر الضوئي الكمية: قياس الخلوية البيوفيزيائية الميزات مع مجهر بصري قياسي

We describe the use of a standard optical microscope to perform quantitative measurements of mass, volume, and density on cellular specimens through a ...

Stretching Micropatterned Cells on a PDMS Membrane

تمتد خلايا Micropatterned على غشاء PDMS

Mechanical forces exerted on cells and/or tissues  play a major role in numerous processes. We have developed a device to stretch  cells plated on a ...

Magnetic Tweezers for the Measurement of Twist and Torque

الملقط المغناطيسي لقياس تطور وعزم الدوران

Single-molecule techniques make it possible to investigate the behavior of individual biological molecules in solution in real time. These techniques ...

Nanomanipulation of Single RNA Molecules by Optical Tweezers

Nanomanipulation من واحدة RNA الجزيئات بواسطة الملقط البصرية

A large portion of the human genome is transcribed but not translated. In this post genomic era, regulatory functions of RNA have been shown to be ...

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane (PDMS) Co-axial Flow Focus Device

Double Emulsion Generation Using a Polydimethylsiloxane PDMS Co-axial Flow Focus Device

ضعف مستحلب الجيل باستخدام Polydimethylsiloxane (PDMS) المشارك المحوري تدفق التركيز الأجهزة

Double emulsions are useful in a number of biological and industrial applications in which it is important to have an aqueous carrier fluid. This paper ...