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全内反射瞬逝场照明高精度磁镊及其在DNA解旋酶研究中的应用

王爽 郑海子 赵振业 陆越 徐春华

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全内反射瞬逝场照明高精度磁镊及其在DNA解旋酶研究中的应用

王爽, 郑海子, 赵振业, 陆越, 徐春华

A pair of high resolution magnetic tweezers with illumination of total reflection evanescent field and its application in the study of DNA helicases

Wang Shuang, Zheng Hai-Zi, Zhao Zhen-Ye, Lu Yue, Xu Chun-Hua
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  • 传统磁镊的测量精度受限于磁球的布朗涨落, 当磁力小于约10 pN时, 磁球的布朗涨落明显增大, 对应磁镊的空间分辨率显著下降. 为了提高传统磁镊在小力条件下的测量精度, 本文将全内反射荧光技术引入到磁镊技术中, 并建立相适应的磁球-手柄-荧光微球-待测生物分子单分子连接系统, 在小力条件下(小于10 pN)获得纳米量级的测量精度. 应用改进的磁镊对DNA发卡的折叠-去折叠态的转变过程进行了研究, 依据DNA发卡的折叠-去折叠态转变的性质对全内反射场的穿透深度进行了校正, 并结合实验结果对改进后的磁镊的测量精度进行分析. 观察了Bloom解旋酶的解旋动力学过程, 获得初步实验结果, 证实了改进的磁镊在单分子研究中的实用性.
    The resolution of conventional magnetic tweezers is limited by the Brown motion of magnetic beads. When the force is lower than ~10 pN, the resolution of magnetic tweezers decreases significantly because of the increased Brown motion. To improve the resolution of magnetic tweezers under low forces, we combine the total internal reflection fluorescence techniques with magnetic tweezers, and design a novel single molecule connection: magnetic bead-DNA linker-fluorescent bead-single molecule. With the improved magnetic tweezers, we study the folding dynamics of a DNA hairpin. The results reveal that a nanometer-scale resolution is obtained. By analyzing these results, we calibrate the penetration depth of the total internal reflection field. Finally, we investigate the unwinding dynamics of a BLM helicase core protein. Some preliminary results of the helicase unwinding experiments confirm the practicability of the improved magnetic tweezers in the field of single molecular research.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61275192, 11004234)和国家高技术研究发展计划(批准号: 2012AA02A104)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61275192, 11004234) and the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2012AA02A104).
    [1]

    Smith S B, Finazi L, Bustamante C 1992 Science 258 1122

    [2]

    Cluzel P, Lebrun A, Heller C, Lavery R, Viovy J, Chatenay C, Caron F 1996 Science 271 792

    [3]

    Dessinges M N, Lionnet T, Xi X G, Bensimon D, Croquette V 2004 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 6439

    [4]

    Johnson D S, Bai L, Smith B Y, Patel S S, Wang M D 2007 Cell 129 1299

    [5]

    Perkings T T, Li H W, Dalal R V, Gelles J, Block S M 2004 Biophys. J. 86 1640

    [6]

    Marsden S, Nardelli M, Linder P, Mccarthy J E 2006 J. Mol. Biol. 361 327

    [7]

    Myong S, Bruno M M, Pyle A M, Ha T 2007 Science 317 513

    [8]

    Theissen B, Karow A R, Kohler J, Gubaev A, Klostermeier D 2008 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 548

    [9]

    Smith S B, Cui Y, Bustamante C 1996 Science 271 795

    [10]

    Sun B, Wei K J, Zhang B, Zhang X H, Dou S X, Li M, Xi X G 2008 EMBO J. 27 3279

    [11]

    Neuman K C, Nagy A 2008 Nat. Methods 5 491

    [12]

    Marko J F, Siggia E D 1995 Macromolecules 28 8759

    [13]

    Lionnet T, Spiering M M, Benkovic S J, Bensimon D, Croquette V 2007 Natl. Acad. Sci. USA 104 19790

    [14]

    Ran S Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 170503 (in Chinese) [冉诗勇 2012 物理学报 61 170503]

    [15]

    Hohng S, Zhou R, Nahas M K, Yu J, Schulten K, Lilley D M, Ha T 2007 Science 318 279

    [16]

    Lee M, Kim S H, Hong S C 2010 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107 4985

    [17]

    Luzzietti N, Brutzer H, Klaue D, Schwarz F W, Staroske W, Clausing S, Seidel R 2010 Nucl. Acids Res. 39 e15

    [18]

    Guo R B, Rigolet P, Zargarian L, Fermandjian S, Xi X G 2005 Nucl. Acids Res. 33 3109

    [19]

    Yang Y, Dou S X, Xu Y N, Bazeille N, Wang P Y, Rigolet P, Xu H Q, Xi X G 2010 Biochemistry 49 656

  • [1]

    Smith S B, Finazi L, Bustamante C 1992 Science 258 1122

    [2]

    Cluzel P, Lebrun A, Heller C, Lavery R, Viovy J, Chatenay C, Caron F 1996 Science 271 792

    [3]

    Dessinges M N, Lionnet T, Xi X G, Bensimon D, Croquette V 2004 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 6439

    [4]

    Johnson D S, Bai L, Smith B Y, Patel S S, Wang M D 2007 Cell 129 1299

    [5]

    Perkings T T, Li H W, Dalal R V, Gelles J, Block S M 2004 Biophys. J. 86 1640

    [6]

    Marsden S, Nardelli M, Linder P, Mccarthy J E 2006 J. Mol. Biol. 361 327

    [7]

    Myong S, Bruno M M, Pyle A M, Ha T 2007 Science 317 513

    [8]

    Theissen B, Karow A R, Kohler J, Gubaev A, Klostermeier D 2008 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 548

    [9]

    Smith S B, Cui Y, Bustamante C 1996 Science 271 795

    [10]

    Sun B, Wei K J, Zhang B, Zhang X H, Dou S X, Li M, Xi X G 2008 EMBO J. 27 3279

    [11]

    Neuman K C, Nagy A 2008 Nat. Methods 5 491

    [12]

    Marko J F, Siggia E D 1995 Macromolecules 28 8759

    [13]

    Lionnet T, Spiering M M, Benkovic S J, Bensimon D, Croquette V 2007 Natl. Acad. Sci. USA 104 19790

    [14]

    Ran S Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 170503 (in Chinese) [冉诗勇 2012 物理学报 61 170503]

    [15]

    Hohng S, Zhou R, Nahas M K, Yu J, Schulten K, Lilley D M, Ha T 2007 Science 318 279

    [16]

    Lee M, Kim S H, Hong S C 2010 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107 4985

    [17]

    Luzzietti N, Brutzer H, Klaue D, Schwarz F W, Staroske W, Clausing S, Seidel R 2010 Nucl. Acids Res. 39 e15

    [18]

    Guo R B, Rigolet P, Zargarian L, Fermandjian S, Xi X G 2005 Nucl. Acids Res. 33 3109

    [19]

    Yang Y, Dou S X, Xu Y N, Bazeille N, Wang P Y, Rigolet P, Xu H Q, Xi X G 2010 Biochemistry 49 656

  • [1] 张志鹏, 刘帅, 张玉琼, 熊影, 韩伟静, 陈同生, 王爽. 单分子磁镊旋转操控和基因转录调控动力学. 物理学报, 2023, 72(21): 218701. doi: 10.7498/aps.72.20231089
    [2] 张悦悦, 韩伟静, 陈同生, 王爽. 解旋酶Sen1行走机制的研究. 物理学报, 2023, 72(10): 108701. doi: 10.7498/aps.72.20230187
    [3] 张宇航, 薛振勇, 孙皓, 张珠伟, 陈虎. 酰基辅酶A结合蛋白去折叠动力学的单分子磁镊研究. 物理学报, 2023, 72(15): 158702. doi: 10.7498/aps.72.20230533
    [4] 马贝贝, 王凡, 林玲, 朱涛, 蒋中英. 全内反射荧光显微研究磷脂支撑膜形成中的片层前沿成长. 物理学报, 2022, 71(16): 168701. doi: 10.7498/aps.71.20220309
    [5] 马建兵, 翟永亮, 农大官, 李菁华, 付航, 张兴华, 李明, 陆颖, 徐春华. 基于片层光照明的新型单分子横向磁镊. 物理学报, 2018, 67(14): 148702. doi: 10.7498/aps.67.20180441
    [6] 滕翠娟, 陆越, 马建兵, 李明, 陆颖, 徐春华. 用单分子技术研究Sso7d与DNA的相互作用. 物理学报, 2018, 67(14): 148201. doi: 10.7498/aps.67.20180630
    [7] 陈泽, 马建兵, 黄星榞, 贾棋, 徐春华, 张慧东, 陆颖. 单分子技术研究T7解旋酶的解旋与换链. 物理学报, 2018, 67(11): 118201. doi: 10.7498/aps.67.20180501
    [8] 赵振业, 徐春华, 李菁华, 黄星榞, 马建兵, 陆颖. 用全内反射瞬逝场照明磁镊研究Bloom解旋G-四联体. 物理学报, 2017, 66(18): 188701. doi: 10.7498/aps.66.188701
    [9] 钱辉, 陈虎, 严洁. 软物质实验方法前沿:单分子操控技术. 物理学报, 2016, 65(18): 188706. doi: 10.7498/aps.65.188706
    [10] 曹博智, 林瑜, 王艳伟, 杨光参. 抗生物素蛋白与DNA相互作用的单分子研究. 物理学报, 2016, 65(14): 140701. doi: 10.7498/aps.65.140701
    [11] 张宇微, 颜燕, 农大官, 徐春华, 李明. 磁镊结合DNA发夹的方法在RecA蛋白介导的同源重组机制研究中的潜在应用. 物理学报, 2016, 65(21): 218702. doi: 10.7498/aps.65.218702
    [12] 刘海文, 朱爽爽, 文品, 覃凤, 任宝平, 肖湘, 侯新宇. 基于发卡式开口谐振环的柔性双频带超材料. 物理学报, 2015, 64(3): 038101. doi: 10.7498/aps.64.038101
    [13] 庞哲, 王爽, 李辉, 徐春华, 李明. 用荧光显微示踪方法研究RecA在DNA同源识别过程中的工作机理. 物理学报, 2012, 61(21): 218701. doi: 10.7498/aps.61.218701
    [14] 冉诗勇. 谐振势阱中的布朗运动——磁镊实验与模拟. 物理学报, 2012, 61(17): 170503. doi: 10.7498/aps.61.170503
    [15] 张军, 于天宝, 刘念华, 廖清华, 何灵娟. 全内反射型三角晶格光子晶体多模波导中的光传播特性. 物理学报, 2011, 60(10): 104217. doi: 10.7498/aps.60.104217
    [16] 张兴华, 肖彬, 侯锡苗, 徐春华, 王鹏业, 李明. 用单分子磁镊研究顺铂导致的DNA凝聚. 物理学报, 2009, 58(6): 4301-4306. doi: 10.7498/aps.58.4301
    [17] 项元江, 文双春, 唐康凇. 含单负介质层受阻全内反射结构的光子隧穿现象研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2714-2719. doi: 10.7498/aps.55.2714
    [18] 王琛, 王桂英, 徐至展. 全内反射荧光显微术应用于单分子荧光的纵向成像. 物理学报, 2004, 53(5): 1325-1330. doi: 10.7498/aps.53.1325
    [19] 王 琛, 袁景和, 王桂英, 徐至展. 入射光的偏振特性对全内反射荧光显微术中荧光激发的影响. 物理学报, 2003, 52(12): 3014-3019. doi: 10.7498/aps.52.3014
    [20] 董正超. 磁多层金属系统的界面反射效应. 物理学报, 1999, 48(11): 2116-2124. doi: 10.7498/aps.48.2116
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-04-03
  • 修回日期:  2013-04-15
  • 刊出日期:  2013-08-05

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