DNA-Mediated Self-Organization of Polymeric Nanocompartments Leads to Interconnected Artificial Organelles

Nano Letters

Volumn 16, Issue 11, 2016, Pages 7128-7136

  Liu, Juan ^a   Postupalenko, Viktoriia ^a   Lörcher, Samuel ^a   Wu, Dalin ^a   Chami, Mohamed ^b   Meier, Wolfgang ^a   Palivan, Cornelia G ^a  

^a UNIVERSITY OF BASEL   (Switzerland)

^b UNIVERSITY OF BASEL   (Switzerland)

Author keywords

DNA functionalization; DNA migration; membrane contact sites; polymersome clusters; Self organization

Indexed keywords

BIOMIMETICS; CELL ENGINEERING; COMPLEX NETWORKS; DNA; FUNCTIONAL POLYMERS; LIPOSOMES; NETWORK ARCHITECTURE; SEMICONDUCTOR QUANTUM DOTS; TOPOLOGY;

BIOLOGICAL FUNCTIONS; COMPLEX ARCHITECTURES; CONTACT SITES; CONTROLLED PROPERTIES; FUNCTIONALIZATIONS; POLYMERSOMES; SELF ORGANIZATIONS; STABILITY AND CONTROL;

POLYMERS;

ALKYNE; AZIDE; BIOMIMETIC MATERIAL; DNA; FLUORESCENT DYE; NANOPARTICLE; POLYMER;

ARTIFICIAL MEMBRANE; CELL ORGANELLE; CHEMISTRY; CONFORMATION; CYCLOADDITION; NUCLEIC ACID HYBRIDIZATION; PARTICLE SIZE; PROCEDURES; SPECTROFLUOROMETRY; SURFACE PROPERTY;

ALKYNES; AZIDES; BIOMIMETIC MATERIALS; CYCLOADDITION REACTION; DNA; FLUORESCENT DYES; MEMBRANES, ARTIFICIAL; NANOPARTICLES; NUCLEIC ACID CONFORMATION; NUCLEIC ACID HYBRIDIZATION; ORGANELLES; PARTICLE SIZE; POLYMERS; SPECTROMETRY, FLUORESCENCE; SURFACE PROPERTIES;

EID: 84994718479     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03430     Document Type: Article

References (73)

1. Karsenti, E. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2008, 9, 255-262 10.1038/nrm2357
2. Sütterlin, C.; Colanzi, A. J. Cell Biol. 2010, 188, 621-628 10.1083/jcb.200910001
3. Manford, A. G.; Stefan, C. J.; Yuan, H. L.; MacGurn, J. A.; Emr, S. D. Dev. Cell 2012, 23, 1129-1140 10.1016/j.devcel.2012.11.004
4. Stefan, C. J.; Manford, A. G.; Emr, S. D. Curr. Opin. Cell Biol. 2013, 25, 434-442 10.1016/j.ceb.2013.02.020
5. Annunziata, I.; d'Azzo, A. Cells 2013, 2, 574-590 10.3390/cells2030574
6. Burgoyne, T.; Patel, S.; Eden, E. R. Biochim. Biophys. Acta, Mol. Cell Res. 2015, 1853, 2012-2017 10.1016/j.bbamcr.2015.01.022
7. Daniele, T.; Schiaffino, M. V. Commun. Integr. Biol. 2014, 7, e29587 10.4161/cib.29587
8. Helle, S. C. J.; Kanfer, G.; Kolar, K.; Lang, A.; Michel, A. H.; Kornmann, B. Biochim. Biophys. Acta, Mol. Cell Res. 2013, 1833, 2526-2541 10.1016/j.bbamcr.2013.01.028
9. Rowland, A. A.; Voeltz, G. K. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2012, 13, 607-625 10.1038/nrm3440
10. Raiborg, C.; Wenzel, E. M.; Pedersen, N. M.; Olsvik, H.; Schink, K. O.; Schultz, S. W.; Vietri, M.; Nisi, V.; Bucci, C.; Brech, A.; Johansen, T.; Stenmark, H. Nature 2015, 520, 234-238 10.1038/nature14359
11. Chung, J.; Torta, F.; Masai, K.; Lucast, L.; Czapla, H.; Tanner, L. B.; Narayanaswamy, P.; Wenk, M. R.; Nakatsu, F.; De Camilli, P. Science 2015, 349, 428-432 10.1126/science.aab1370
12. Prinz, W. A. J. Cell Biol. 2014, 205, 759-769 10.1083/jcb.201401126
13. Nie, Z.; Petukhova, A.; Kumacheva, E. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 15-25 10.1038/nnano.2009.453
14. Talapin, D. V.; Lee, J.-S.; Kovalenko, M. V.; Shevchenko, E. V. Chem. Rev. 2010, 110, 389-458 10.1021/cr900137k
15. Kuzyk, A.; Schreiber, R.; Fan, Z.; Pardatscher, G.; Roller, E.-M.; Hogele, A.; Simmel, F. C.; Govorov, A. O.; Liedl, T. Nature 2012, 483, 311-314 10.1038/nature10889
16. Young, K. L.; Ross, M. B.; Blaber, M. G.; Rycenga, M.; Jones, M. R.; Zhang, C.; Senesi, A. J.; Lee, B.; Schatz, G. C.; Mirkin, C. A. Adv. Mater. 2014, 26, 653-659 10.1002/adma.201302938
17. Majetich, S. A.; Wen, T.; Booth, R. A. ACS Nano 2011, 5, 6081-6084 10.1021/nn202883f
18. Sun, S.; Murray, C. B.; Weller, D.; Folks, L.; Moser, A. Science 2000, 287, 1989-1992 10.1126/science.287.5460.1989
19. Hermanson, K. D.; Lumsdon, S. O.; Williams, J. P.; Kaler, E. W.; Velev, O. D. Science 2001, 294, 1082-1086 10.1126/science.1063821
20. Schmid, G.; Simon, U. Chem. Commun. 2005, 697-710 10.1039/B411696H
21. Liu, W.; Tagawa, M.; Xin, H. L.; Wang, T.; Emamy, H.; Li, H.; Yager, K. G.; Starr, F. W.; Tkachenko, A. V.; Gang, O. Science 2016, 351, 582-586 10.1126/science.aad2080
22. Cheng, W.; Park, N.; Walter, M. T.; Hartman, M. R.; Luo, D. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 682-690 10.1038/nnano.2008.279
23. Kim, Y.; Macfarlane, R. J.; Jones, M. R.; Mirkin, C. A. Science 2016, 351, 579-582 10.1126/science.aad2212
24. Zhang, C.; Macfarlane, R. J.; Young, K. L.; Choi, C. H. J.; Hao, L.; Auyeung, E.; Liu, G.; Zhou, X.; Mirkin, C. A. Nat. Mater. 2013, 12, 741-746 10.1038/nmat3647
25. Li, Y.; Liu, Z.; Yu, G.; Jiang, W.; Mao, C. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4320-4323 10.1021/jacs.5b01196
26. Wang, Y.; Wang, Y.; Breed, D. R.; Manoharan, V. N.; Feng, L.; Hollingsworth, A. D.; Weck, M.; Pine, D. J. Nature 2012, 491, 51-55 10.1038/nature11564
27. Xu, X.; Rosi, N. L.; Wang, Y.; Huo, F.; Mirkin, C. A. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9286-9287 10.1021/ja061980b
28. Xing, H.; Wang, Z.; Xu, Z.; Wong, N. Y.; Xiang, Y.; Liu, G. L.; Lu, Y. ACS Nano 2012, 6, 802-809 10.1021/nn2042797
29. Tian, Y.; Wang, T.; Liu, W.; Xin, H. L.; Li, H.; Ke, Y.; Shih, W. M.; Gang, O. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 637-644 10.1038/nnano.2015.105
30. Zhang, T.; Neumann, A.; Lindlau, J.; Wu, Y.; Pramanik, G.; Naydenov, B.; Jelezko, F.; Schüder, F.; Huber, S.; Huber, M.; Stehr, F.; Högele, A.; Weil, T.; Liedl, T. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 9776-9779 10.1021/jacs.5b04857
31. Aldaye, F. A.; Palmer, A. L.; Sleiman, H. F. Science 2008, 321, 1795-1799 10.1126/science.1154533
32. Zhang, Y.; Lu, F.; Yager, K. G.; van der Lelie, D.; Gang, O. Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 865-872 10.1038/nnano.2013.209
33. Chou, L. Y. T.; Zagorovsky, K.; Chan, W. C. W. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 148-155 10.1038/nnano.2013.309
34. Soenen, S. J.; Parak, W. J.; Rejman, J.; Manshian, B. Chem. Rev. 2015, 115, 2109-2135 10.1021/cr400714j
35. Palivan, C. G.; Goers, R.; Najer, A.; Zhang, X.; Car, A.; Meier, W. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 377-411 10.1039/C5CS00569H
36. Tanner, P.; Balasubramanian, V.; Palivan, C. G. Nano Lett. 2013, 13, 2875-2883 10.1021/nl401215n
37. Allen, T. M.; Cullis, P. R. Adv. Drug Delivery Rev. 2013, 65, 36-48 10.1016/j.addr.2012.09.037
38. Martino, C.; Kim, S.-H.; Horsfall, L.; Abbaspourrad, A.; Rosser, S. J.; Cooper, J.; Weitz, D. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 6416-6420 10.1002/anie.201201443
39. Schoonen, L.; van Hest, J. C. M. Adv. Mater. 2016, 28, 1109-1128 10.1002/adma.201502389
40. Stengel, G.; Zahn, R.; Höök, F. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9584-9585 10.1021/ja073200k
41. Versluis, F.; Voskuhl, J.; van Kolck, B.; Zope, H.; Bremmer, M.; Albregtse, T.; Kros, A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8057-8062 10.1021/ja4031227
42. Chan, Y.-H. M.; van Lengerich, B.; Boxer, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 979-984 10.1073/pnas.0812356106
43. Dewey, D. C.; Strulson, C. A.; Cacace, D. N.; Bevilacqua, P. C.; Keating, C. D. Nat. Commun. 2014, 5, 4670 10.1038/ncomms5670
44. Wang, Z.; van Oers, M. C. M.; Rutjes, F. P. J. T.; van Hest, J. C. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 10746-10750 10.1002/anie.201206555
45. Thompson, K. L.; Chambon, P.; Verber, R.; Armes, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12450-12453 10.1021/ja305789e
46. Elani, Y.; Law, R. V.; Ces, O. Nat. Commun. 2014, 5, 5305 10.1038/ncomms6305
47. Roling, O.; Wendeln, C.; Kauscher, U.; Seelheim, P.; Galla, H.-J.; Ravoo, B. J. Langmuir 2013, 29, 10174-10182 10.1021/la4011218
48. Dave, N.; Liu, J. ACS Nano 2011, 5, 1304-1312 10.1021/nn1030093
49. Jakobsen, U.; Simonsen, A. C.; Vogel, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10462-10463 10.1021/ja8030054
50. Serien, D.; Grimm, C.; Liebscher, J.; Herrmann, A.; Arbuzova, A. New J. Chem. 2014, 38, 5181-5185 10.1039/C4NJ00724G
51. Beales, P. A.; Vanderlick, T. K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 12372-12380 10.1021/jp075792z
52. Loew, M.; Kang, J.; Dähne, L.; Hendus-Altenburger, R.; Kaczmarek, O.; Liebscher, J.; Huster, D.; Ludwig, K.; Böttcher, C.; Herrmann, A.; Arbuzova, A. Small 2009, 5, 320-323 10.1002/smll.200800989
53. Elbaz, Y.; Schuldiner, M. Trends Biochem. Sci. 2011, 36, 616-623 10.1016/j.tibs.2011.08.004
54. Parolini, L.; Kotar, J.; Di Michele, L.; Mognetti, B. M. ACS Nano 2016, 10, 2392-2398 10.1021/acsnano.5b07201
55. Selden, N. S.; Todhunter, M. E.; Jee, N. Y.; Liu, J. S.; Broaders, K. E.; Gartner, Z. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 765-768 10.1021/ja2080949
56. Weber, R. J.; Liang, S. I.; Selden, N. S.; Desai, T. A.; Gartner, Z. J. Biomacromolecules 2014, 15, 4621-4626 10.1021/bm501467h
57. Itel, F.; Chami, M.; Najer, A.; Lörcher, S.; Wu, D.; Dinu, I. A.; Meier, W. Macromolecules 2014, 47, 7588-7596 10.1021/ma5015403
58. Fujita, M.; Hiramine, H.; Pan, P.; Hikima, T.; Maeda, M. Langmuir 2016, 32, 1148-1154 10.1021/acs.langmuir.5b04141
59. Kamps, A. C.; Cativo, M. H. M.; Chen, X.-J.; Park, S.-J. Macromolecules 2014, 47, 3720-3726 10.1021/ma500509u
60. Martens, S.; McMahon, H. T. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2008, 9, 543-556 10.1038/nrm2417
61. Hurst, S. J.; Lytton-Jean, A. K. R.; Mirkin, C. A. Anal. Chem. 2006, 78, 8313-8318 10.1021/ac0613582
62. Saito, F.; Noda, H.; Bode, J. W. ACS Chem. Biol. 2015, 10, 1026-1033 10.1021/cb5006728
63. Beales, P. A.; Vanderlick, T. K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 12372-12380 10.1021/jp075792z
64. Itel, F.; Chami, M.; Najer, A.; Loercher, S.; Wu, D.; Dinu, I. A.; Meier, W. Macromolecules 2014, 47, 7588-7596 10.1021/ma5015403
65. Mucic, R. C.; Storhoff, J. J.; Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12674-12675 10.1021/ja982721s
66. Seth, J. R.; Cloitre, M.; Bonnecaze, R. T. J. Rheol. 2006, 50, 353-376 10.1122/1.2186982
67. Campbell, C. S. Granular Matter 2003, 5, 129-134 10.1007/s10035-003-0138-6
68. Zerrouki, D.; Baudry, J.; Pine, D.; Chaikin, P.; Bibette, J. Nature 2008, 455, 380-382 10.1038/nature07237
69. Goodman, R. P.; Schaap, I. A. T.; Tardin, C. F.; Erben, C. M.; Berry, R. M.; Schmidt, C. F.; Turberfield, A. J. Science 2005, 310, 1661-1665 10.1126/science.1120367
70. Bao, G.; Suresh, S. Nat. Mater. 2003, 2, 715-725 10.1038/nmat1001
71. Tahara, Y.; Fujiyoshi, Y. Micron 1994, 25, 141-149 10.1016/0968-4328(94)90039-6
72. Jin, H.; Zheng, Y.; Liu, Y.; Cheng, H.; Zhou, Y.; Yan, D. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 10352-10356 10.1002/anie.201103164
73. Smart, T. P.; Fernyhough, C.; Ryan, A. J.; Battaglia, G. Macromol. Rapid Commun. 2008, 29, 1855-1860 10.1002/marc.200800475