The most frequently occurring RNA hairpins in 16S and 23S ribosomal RNA contain a tetranucleotide loop that has a GNRA consensus sequence. The solution structures of the GCAA and GAAA hairpins have been determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy. Both loops contain an unusual G-A base pair between the first and last residue in the loop, a hydrogen bond between a G base and a phosphate, extensive base stacking, and a hydrogen bond between a sugar 2'-end OH and a base. These interactions explain the high stability of these hairpins and the sequence requirements for the variant and invariant nucleotides in the GNRA tetranucleotide loop family.

Liquid-liquid phase transitions in complex mixtures of proteins and other molecules produce crowded compartments supporting in vitro transcription and translation. We developed a method based on picoliter water-in-oil droplets to induce coacervation in Escherichia coli cell lysate and follow gene expression under crowded and noncrowded conditions. Coacervation creates an artificial cell-like environment in which the rate of mRNA production is increased significantly. Fits to the measured transcription rates show a two orders of magnitude larger binding constant between DNA and T7 RNA polymerase, and five to six times larger rate constant for transcription in crowded environments, strikingly similar to in vivo rates. The effect of crowding on interactions and kinetics of the fundamental machinery of gene expression has a direct impact on our understanding of biochemical networks in vivo. Moreover, our results show the intrinsic potential of cellular components to facilitate macromolecular organization into membrane-free compartments by phase separation.

The use of bottom-up approaches to construct patterned surfaces for technological applications is appealing, but to date is applicable to only relatively small areas (approximately 10 square micrometers). We constructed highly periodic patterns at macroscopic length scales, in the range of square millimeters, by combining self-assembly of disk-like porphyrin dyes with physical dewetting phenomena. The patterns consisted of equidistant 5-nanometer-wide lines spaced 0.5 to 1 micrometers apart, forming single porphyrin stacks containing millions of molecules, and were formed spontaneously upon drop-casting a solution of the molecules onto a mica surface. On glass, thicker lines are formed, which can be used to align liquid crystals in large domains of square millimeter size.

Nucleosomes are a crucial platform for the recruitment and assembly of protein complexes that process the DNA. Mechanistic and structural in vitro studies typically rely on recombinant nucleosomes that are reconstituted using artificial, strong-positioning DNA sequences. To facilitate such studies on native, genomic nucleosomes, there is a need for methods to produce any desired DNA sequence in an efficient manner. The current methods either do not offer much flexibility in choice of sequence or are less efficient in yield and labor. Here, we show that using ramified rolling circle amplification (RCA) milligram amounts of a genomic nucleosomal DNA fragment can be produced in a scalable, one-pot reaction overnight. The ramified RCA reaction is more efficient than the existing methods, is flexible in DNA sequence and shows a 10-fold increase in yield compared to PCR, rivalling the production using plasmids. We demonstrate the method by producing the genomic DNA from the human LIN28B locus and show that it forms functional nucleosomes capable of binding pioneer transcription factor Oct4.* rRCA : ramified rolling circle amplification; PCR : polymerase chain reaction; dNTPs : deoxyribose nucleoside triphosphates