重力駆動型のサイズ除外クロマトグラフィーによってDNAスコホルドナノ構造を精製するための堅牢で効率的な方法

最近数十年で、核酸の自己組織化は、プログラム可能で堅牢なアセンブリ、処方された幾何学、および汎用性のある機能により、一般的なナノ材料として浮上しています。ただし、さまざまな用途向けに大量のDNAナノ構造またはDNAテンプレートナノコンプレックスを精製することは依然として困難です。一般的に使用される精製方法は、小規模または機能化された構造と互換性がないかどうかによって制限されます。この満たされていないニーズに対処するために、セファロース樹脂ベースのサイズ除外によりDNAナノ構造を精製する堅牢でスケーラブルな方法を提示します。樹脂カラムは、再利用性を備えた社内で手動で梱包できます。分離は、大きなDNAナノ構造が最初に溶出される低圧重力流によって駆動され、その後、ssDNAおよびタンパク質のより小さな不純物が続きます。DNA折り紙アセンブリとタンパク質を固定化したDNAナノ構造を精製する方法の効率を実証しました。1μg以下の精製生成物を生成する日常のアガロースゲル電気泳動と比較して、この方法は30分未満で約100〜1000μgのDNAナノ構造を精製することができ、総収集収集率は粗材料混合物の50〜70％です。精製されたナノコンプレックスは、酵素機能の評価と補体タンパク質反応の抗体トリガーの活性化において、より正確な活性を示しました。

In recent decades, nucleic acid self-assemblies have emerged as popular nanomaterials due to their programmable and robust assembly, prescribed geometry, and versatile functionality. However, it remains a challenge to purify large quantities of DNA nanostructures or DNA-templated nanocomplexes for various applications. Commonly used purification methods are either limited by a small scale or incompatible with functionalized structures. To address this unmet need, we present a robust and scalable method of purifying DNA nanostructures by Sepharose resin-based size exclusion. The resin column can be manually packed in-house with reusability. The separation is driven by a low-pressure gravity flow in which large DNA nanostructures are eluted first followed by smaller impurities of ssDNA and proteins. We demonstrated the efficiency of the method for purifying DNA origami assemblies and protein-immobilized DNA nanostructures. Compared to routine agarose gel electrophoresis that yields 1 μg or less of purified products, this method can purify ∼100-1000 μg of DNA nanostructures in less than 30 min, with the overall collection yield of 50-70% of crude preparation mixture. The purified nanocomplexes showed more precise activity in evaluating enzyme functions and antibody-triggered activation of complement protein reactions.