ON SOME FEATURES OF THE INTERACTION OF ULTRASMALL GOLD NANOPARTICLES WITH LIQUID-CRYSTALLINE DNA MICROPARTICLES

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The features of the interaction of ultrasmall gold nanoparticles (GNPs) synthesized via Duff method with particles of optically active liquid-crystalline dispersions (LCDs) of DNA formed at varying concentrations of NaCl and polyethylene glycol were studied. It was shown that the GNPs differently affect the LCDs with positive and negative orientation of the anomalous circular dichroism (CD) signal. Apparently, this is in a measure due to the various conformation of DNA molecules that form the corresponding dispersed particles. The kinetic aspects of the interaction of GNPs with DNA LCDs and the features of "loading" ultradispersed gold into the LCD particles are also discussed.

About the authors

M. A. Kolyvanova

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences; Burnasyan Federal Medical Biophysical Center, Federal Medical Biological Agency

Email: email@example.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

M. A. Klimovich

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: email@example.com
Moscow, Russia

A. V. Shibaeva

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: email@example.com
Moscow, Russia

O. V. Dement'eva

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: email@example.com
Moscow, Russia

V. M. Rudoy

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: email@example.com
Moscow, Russia

V. A. Kuzmin

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: email@example.com
Moscow, Russia

V. N. Morozov

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: morozov.v.n@mail.ru
Moscow, Russia

References

  1. Jordan C.F., Lerman L.S., Venable J.H. Structure and circular dichroism of DNA in concentrated polymer solutions // Nature New Biology. 1972. V. 236. № 64. P. 67–70. https://doi.org/10.1038/newbio236067a0
  2. Yevdokimov Y.M., Skuridin S.G., Semenov S.V., et al. Re-entrant cholesteric phase in DNA liquid-crystalline dispersion particles // Journal of Biological Physics. 2017. V. 43. № 1. P. 45–68. https://doi.org/10.1007/s10867-016-9433-4
  3. Колыванова М.А., Климович М.А., Шишмакова Е.М. и др. Взаимодействие ультрамалых наночастиц золота с жидкокристаллическими микрочастицами ДНК: разрушение vs стабилизация // Коллоидный журнал. 2024. Т. 86. № 3. С. 344–356. https://doi.org/10.31857/s0023291224030049
  4. Keller D., Bustamante C. Theory of the interaction of light with large inhomogeneous molecular aggregates. II. Psi-type circular dichroism // The Journal of Chemical Physics. 1986. V. 84. № 6. P. 2972–2980. https://doi.org/10.1063/1.450278
  5. Morozov V.N., Klimovich M.A., Shibaeva A.V., et al. Optical polymorphism of liquid-crystalline dispersions of DNA at high concentrations of crowding polymer // International Journal of Molecular Sciences. 2023. V. 24. № 14. P. 11365. https://doi.org/10.3390/ijms241411365
  6. Stanley C.B., Hong H., Strey H.H. DNA cholesteric pitch as a function of density and ionic strength // Biophysical Journal. 2005. V. 89. № 4. P. 2552–2557. https://doi.org/10.1529/biophysj.105.064550
  7. Yasar S., Podgornik R., Valle-Orero J., et al. Continuity of states between the cholesteric → line hexatic transition and the condensation transition in DNA solutions // Scientific Reports. 2014. V. 4. P. 6877. https://doi.org/10.1038/srep06877
  8. Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Семенов С.В. и др. Жидкокристаллические дисперсии и наноконструкции ДНК. Москва: Радиотехника. 2008.
  9. Morozov V.N., Kolyvanova M.A., Dement’eva O.V., et al. Fluorescence superquenching of SYBR Green I in crowded DNA by gold nanoparticles // Journal of Luminescence. 2020. V. 219. P. 116898. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116898
  10. Morozov V.N., Kolyvanova M.A., Dement’eva O.V., et al. Comparison of quenching efficacy of SYBR Green I and PicoGreen fluorescence by ultrasmall gold nanoparticles in isotropic and liquid-crystalline DNA systems // Journal of Molecular Liquids. 2021. V. 321. P. 114751. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114751
  11. Климович М.А., Колыванова М.А., Дементьева О.В. и др. Влияние старения ультрамалых наночастиц золота на их взаимодействие с холестерическими микрочастицами ДНК // Коллоидный журнал. 2023. Т. 85. № 5. С. 583–592. https://doi.org/10.31857/s0023291223600542
  12. López Zeballos N.C., Gauna G.A., García Vior M.C., et al. Interaction of cationic phthalocyanines with DNA. Importance of the structure of the substituents // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2014. V. 136. P. 29–33. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.04.013
  13. Zipper H., Brunner H., Bernhagen J., et al. Investigations on DNA intercalation and surface binding by SYBR Green I, its structure determination and methodological implications // Nucleic Acids Research. 2004. V. 32. № 12. P. e103. https://doi.org/10.1093/nar/gnh101
  14. Duff D.G., Baiker A., Edwards P.P. A new hydrosol of gold clusters. 1. Formation and particle size variation // Langmuir. 1993. V. 9. № 9. P. 2301–2309. https://doi.org/10.1021/la00033a010
  15. Jin N.Z., Anniebell S., Gopinath S.C.B., et al. Variations in spontaneous assembly and disassembly of molecules on unmodified gold nanoparticles // Nanoscale Research Letters. 2016. V. 11. № 1. P. 399. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1615-2
  16. Alba-Molina D., Martín-Romero M.T., Camacho L., et al. Ion-mediated aggregation of gold nanoparticles for light-induced heating // Applied Sciences. 2017. V. 7. № 9. P. 916. https://doi.org/10.3390/app7090916
  17. Ramanathan S., Gopinath S.C.B., Arshad M.K.M., et al. A DNA based visual and colorimetric aggregation assay for the early growth factor receptor (EGFR) mutation by using unmodified gold nanoparticles // Mikrochimica Acta. 2019. V. 186. № 8. P. 546. https://doi.org/10.1007/s00604-019-3696-y
  18. Ершов Б.Г. Короткоживущие малые кластеры металлов в водных растворах: получение, идентификация и свойства // Известия Академии наук. Серия химическая. 1999. № 1. С. 1–15.
  19. Дементьева О.В., Карцева М.Е., Сухов В.М. и др. Температурно-временная эволюция ультрамалых затравочных наночастиц золота и синтез плазмонных нанооболочек // Коллоидный журнал. 2017. Т. 79. № 5. С. 562. https://doi.org/10.7868/s0023291217050056
  20. Карцева М.А., Шишмакова Е.М., Дементьева О.В. и др. Рост фосфониевых наночастиц золота в щелочной среде: кинетика и механизм процесса // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 6. С. 644–650. https://doi.org/10.31857/s0023291221060057
  21. Евдокимов Ю.М. Наночастицы золота и жидкие кристаллы ДНК // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2015. Т. 56. № 3. С. 147–157.
  22. Скуридин С.Г, Дубинская В.А., Штыкова Э.В. и др. Фиксация наночастиц золота в структуре квазинематических слоев, образованных молекулами ДНК // Биологические мембраны. 2011. Т. 28. № 3. С. 191–198.
  23. Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Кац Е.И. и др. Кластеры из наночастиц золота в квазинематических слоях частиц жидкокристаллических дисперсий двухцепочечных нуклеиновых кислот // Acta Naturae. 2012. Т. 4. № 4 (15). С. 80–93.
  24. Евдокимов Ю.М., Штыкова Э.В., Салянов В.И. и др. Линейные кластеры из наночастиц золота в квазинематических слоях частиц жидкокристаллических дисперсий ДНК // Биофизика. 2013. Т. 58. № 2. С. 210–220.
  25. Muzzopappa F., Hertzog M., Erdel F. DNA length tunes the fluidity of DNA-based condensates // Biophysical Journal. 2021. V. 120. № 7. P. 1288–1300. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.02.027
  26. Твердислов В.А., Малышко Е.В. О закономерностях спонтанного формирования структурных иерархий в хиральных системах неживой и живой природы // Успехи физических наук. 2019. Т. 189. № 4. С. 375–385. https://doi.org/10.3367/ufnr.2018.08.038401
  27. Doktycz M.J., Benight A.S., Sheardy R.D. Energetics of B-Z junction formation in a sixteen base-pair duplex DNA // Journal of Molecular Biology. 1990. V. 212. № 1. P. 3–6. https://doi.org/10.1016/0022-2836(90)90297-y
  28. Chen F.Y.H., Park S., Otomo H., et al. Investigation of B-Z transitions with DNA oligonucleotides containing 8-methylguanine // Artificial DNA: PNA & XNA. 2014. V. 5. № 1. P. e28226. https://doi.org/10.4161/adna.28226
  29. Bao H.L., Masuzawa T., Oyoshi T., et al. Oligonucleotides DNA containing 8-trifluoromethyl-2’-deoxyguanosine for observing Z-DNA structure // Nucleic Acids Research. 2020. V. 48. № 13. P. 7041–7051. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa505
  30. Евдокимов Ю.М., Скуридин С.Г., Акименко Н.М. Жидкокристаллические микрофазы низкомолекулярных двухцепочечных нуклеиновых кислот и синтетических полинуклеотидов // Высокомолекулярные соединения. 1984. Т. 26. № 11. С. 2403–2410.
  31. Скуридин С.Г., Салянов В.И., Попенко В.И. и др. Структурные эффекты, вызываемые наночастицами золота, в частицах холестерических жидкокристаллических дисперсий двухцепочечных нуклеиновых кислот // Химико-фармацевтический журнал. 2013. Т. 47. № 2. С. 3–11.
  32. Евдокимов Ю.М., Скуридин С.Г., Салянов В.И. и др. Наночастицы золота влияют на «узнавание» двухцепочечных молекул ДНК и запрещают формирование их холестерической структуры // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2014. Т. 14. № 4. С. 5–21.
  33. Gehlen M.H. The centenary of the Stern-Volmer equation of fluorescence quenching: From the single line plot to the SV quenching map // Journal of Photochemistry and Photobiology C. 2020. V. 42. P. 100338. https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2019.100338
  34. Hur J.H., Lee A.R., Yoo W., et al. Identification of a new Z-DNA inducer using SYBR green 1 as a DNA conformation sensor // FEBS Letters. 2019. V. 593. № 18. P. 2628–2636. https://doi.org/10.1002/1873-3468.13513
  35. Колыванова М.А., Климович М.А., Дементьева О.В. и др. Взаимодействие наночастиц золота с цианиновыми красителями в холестерических субмикрочастицах ДНК. Влияние способа их введения в систему // Химическая физика. 2023. Т. 42. № 1. С. 64–72. https://doi.org/10.31857/s0207401x23010065

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences