高湿度でのDNAの原子力顕微鏡：スーパーコイル分子の不可逆的な立体構造スイッチング

同じサイズ（BPS）の3つのトポロジーに異なる二本鎖DNA分子は、制御された湿度条件下で振幅変調原子間力顕微鏡（AM AFM）を使用してMICA上の空気中で画像化されています。非常に高い相対湿度（> 90％RH）では、DNAの局所的な立体構造変化が観察されましたが、低RHでは分子は動かないままでした。立体構造の変化は不可逆的に発生し、主に雲母表面に結合する前にDNA分子に保存された超肝応力によって駆動されました。DNAのMICAへの結合メカニズム（表面平衡対運動速度トラップ）は、立体構造変化の程度を調節しました。DNAの動きが観察された場合、より多くの表面水が存在すると、高湿度でDNAのねじれの増加が見られました。さらに、DNA凝縮挙動は、分子の局所領域にも存在していました。この研究は、DNAの高湿度でのAFMイメージング中にDNAの三次構造の変化が誘導される可能性があることを示しています。高湿度のAM AFMは、バルクソリューションの下でのイメージングの欠点の一部なしに、DNAトポロジーを調査するための有用な手法になることを提案します。

Three topologically different double-stranded DNA molecules of the same size (bps) have been imaged in air on mica using amplitude modulation atomic force microscopy (AM AFM) under controlled humidity conditions. At very high relative humidity (>90% RH), localized conformational changes of the DNA were observed, while at lower RH, the molecules remained immobile. The conformational changes occurred irreversibly and were driven principally by superhelical stress stored in the DNA molecules prior to binding to the mica surface. The binding mechanism of the DNA to the mica (surface equilibration versus kinetic trapping) modulated the extent of the conformational changes. In cases where DNA movement was observed, increased kinking of the DNA was seen at high humidity when more surface water was present. Additionally, DNA condensation behavior was also present in localized regions of the molecules. This study illustrates that changes in the tertiary structure of DNA can be induced during AFM imaging at high humidity on mica. We propose that AM AFM in high humidity will be a useful technique for probing DNA topology without some of the drawbacks of imaging under bulk solution.