随着DNA纳米技术的蓬勃发展，日益复杂的多功能DNA纳米结构已以多种方案被成功构建。通过拓扑和几何特性控制和提高DNA纳米结构的精度，可进一步增强所构建结构的功能性。设计精度从纳米级跨越到埃级必将赋予DNA结构更多功能特性，比如精确的生物分子结合界面和理性设计的酶活性。其相关下游应用将包括单分子生物物理作业平台，高灵敏度环境生物和化学分子检测，及理性药物分子设计和筛选。作为DNA纳米结构中无处不在的基本结构模块，分支模块（Branched DNA motifs）特别是immobile Holliday junctions的精确角度控制已成为进一步提高整体结构精度的关键挑战之一。为实现这一目标，bevictor伟德官网魏迪明分子设计课题组（MADlab）和纽约大学纳德里安·西曼（Nadrian C. Seeman）课题组合作，提出了利用两种方案来控制四臂分支模块晶格（four-arm junction lattices）的分支方向。
第一种方案基于immobile Holliday junctions结构，通过分支点处的特定核苷酸序列控制四臂分支模块的螺旋堆叠模式，进而实现分支方向的控制。
图1 基于分支点处的特定核苷酸序列的四臂分支模块方向控制。左图：分别由不同螺旋堆叠模式(P或L)的四臂分支模块构成的宽、窄带状结构示意图；右图：两组由具有特定分支点核苷酸序列的结构模块（JP与JPR，JL与JLR）构成的带状结构，从上到下依次为：特定分支点核苷酸序列及螺旋堆叠模式预测、AFM图像。比例尺：100纳米。
第二种方案利用角度控制支柱来实现柔性四臂分支模块的角度控制。通过三角化支柱的几何控制以实现对松弛连接晶格的特定角度控制。除了静态角度控制外，该方案还可用于二维晶格的动态角度控制。本研究证明动态角度控制可通过经典的Watson-Crick碱基配对或非经典的碱基相互作用（例如，i-motif和G-四链体）实现。
图2 基于角度控制支柱的四臂分支模块角度控制。左图：基于三角化支柱的松弛连接晶格的特定角度控制；右图：基于pH响应的三角化支柱（i-motif）的松弛连接晶格的动态角度控制。从上到下依次为：结构示意图、AFM图像。比例尺：100纳米
该研究成果由bevictor伟德官网魏迪明分子设计课题组（MADlab）和纽约大学西曼课题组共同完成，论文题目：“可重构的二维DNA晶格：静态和动态角度控制”（Reconfigurable Two-Dimensional DNA Lattices: Static and Dynamic Angle Control），于2021年10月1日在线发表于《应用化学》（Angewandte Chemie）。伟德国际victor1946博士后王雯为本文的第一作者，伟德国际victor1946魏迪明副教授和纽约大学西曼教授为本文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、清华-北大生命科学联合中心、bevictor伟德官网结构生物学高精尖中心、美国自然基金（NSF）、美国陆军研究办公室（ARO）、美国海军研究办公室（ONR）、美国能源部（DOE）、美国国家卫生院（NIGMS）等机构的基金资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202112487
