Angewandte Chemie International EditionVolume 48, Issue 41 p. 7660-7663 Communication A pH-Triggered, Fast-Responding DNA Hydrogel† Enjun Cheng, Enjun Cheng National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765Search for more papers by this authorYongzheng Xing, Yongzheng Xing National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765Search for more papers by this authorPing Chen, Ping Chen Department of Chemistry, Renmin University, Beijing 100080 (P.R. China)Search for more papers by this authorYang Yang, Yang Yang National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765Search for more papers by this authorYawei Sun Dr., Yawei Sun Dr. Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190 (P.R. China)Search for more papers by this authorDejian Zhou Dr., Dejian Zhou Dr. [email protected] School of Chemistry and Astbury Centre for Structural Molecular Biology, University of Leeds, Leeds LS2 9JT (UK)Search for more papers by this authorLijin Xu Prof., Lijin Xu Prof. Department of Chemistry, Renmin University, Beijing 100080 (P.R. China)Search for more papers by this authorQinghua Fan Prof., Qinghua Fan Prof. Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190 (P.R. China)Search for more papers by this authorDongsheng Liu Prof., Dongsheng Liu Prof. [email protected] National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765 Current address: Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing 100084 (P.R. China)Search for more papers by this author Enjun Cheng, Enjun Cheng National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765Search for more papers by this authorYongzheng Xing, Yongzheng Xing National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765Search for more papers by this authorPing Chen, Ping Chen Department of Chemistry, Renmin University, Beijing 100080 (P.R. China)Search for more papers by this authorYang Yang, Yang Yang National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765Search for more papers by this authorYawei Sun Dr., Yawei Sun Dr. Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190 (P.R. China)Search for more papers by this authorDejian Zhou Dr., Dejian Zhou Dr. [email protected] School of Chemistry and Astbury Centre for Structural Molecular Biology, University of Leeds, Leeds LS2 9JT (UK)Search for more papers by this authorLijin Xu Prof., Lijin Xu Prof. Department of Chemistry, Renmin University, Beijing 100080 (P.R. China)Search for more papers by this authorQinghua Fan Prof., Qinghua Fan Prof. Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190 (P.R. China)Search for more papers by this authorDongsheng Liu Prof., Dongsheng Liu Prof. [email protected] National Centre for Nanoscience and Technology, Beijing 100190 (P.R. China), Fax: (+86) 10-6265-6765 Current address: Department of Chemistry, Tsinghua University, Beijing 100084 (P.R. China)Search for more papers by this author First published: 23 September 2009 https://doi.org/10.1002/anie.200902538Citations: 376 † The authors thank the National Science Foundation of China (grant nos. 20725309 and 20873179) and MOST (grant no. 2007CB935902) for financial support. Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Graphical Abstract Y switch? A fast, pH-responsive DNA hydrogel (see picture; right) was prepared by a three-armed DNA nanostructure (left) assembling together through the formation of intermolecular i-motif structures (middle). The hydrogel can be switched to the non-gel state in minutes by simply using environmental pH changes. Citing Literature Supporting Information Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Filename Description anie_200902538_sm_miscellaneous_information.pdf556.6 KB miscellaneous_information Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume48, Issue41September 28, 2009Pages 7660-7663 RelatedInformation

Making DNA blink: A molecular machine based on the DNA i-motif structure is driven by changing pH (see picture). At pH 5, oligonucleotide X* folds into the i-motif (closed state), and complementary strand Y adopts a random-coil structure. At pH 8, X* unfolds and forms an extended duplex with Y. This reversible process can be monitored by means of a rhodamine green label (green circle), whose fluorescence is quenched by a dabcyl moiety (gray circle) in the closed but not in the open state. Supporting information for this article is available on the WWW under http://www.wiley-vch.de/contents/jc_2002/2003/z52402_s.pdf or from the author. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Abstract A rapidly formed supramolecular polypeptide–DNA hydrogel was prepared and used for in situ multilayer three‐dimensional bioprinting for the first time. By alternative deposition of two complementary bio‐inks, designed structures can be printed. Based on their healing properties and high mechanical strengths, the printed structures are geometrically uniform without boundaries and can keep their shapes up to the millimeter scale without collapse. 3D cell printing was demonstrated to fabricate live‐cell‐containing structures with normal cellular functions. Together with the unique properties of biocompatibility, permeability, and biodegradability, the hydrogel becomes an ideal biomaterial for 3D bioprinting to produce designable 3D constructs for applications in tissue engineering.

ConspectusMost biological processes happen at the nanometer scale, and understanding the energy transformations and material transportation mechanisms within living organisms has proved challenging. To better understand the secrets of life, researchers have investigated artificial molecular motors and devices over the past decade because such systems can mimic certain biological processes. DNA nanotechnology based on i-motif structures is one system that has played an important role in these investigations.In this Account, we summarize recent advances in functional DNA nanotechnology based on i-motif structures. The i-motif is a DNA quadruplex that occurs as four stretches of cytosine repeat sequences form C·CH+ base pairs, and their stabilization requires slightly acidic conditions. This unique property has produced the first DNA molecular motor driven by pH changes. The motor is reliable, and studies show that it is capable of millisecond running speeds, comparable to the speed of natural protein motors. With careful design, the output of these types of motors was combined to drive micrometer-sized cantilevers bend. Using established DNA nanostructure assembly and functionalization methods, researchers can easily integrate the motor within other DNA assembled structures and functional units, producing DNA molecular devices with new functions such as suprahydrophobic/suprahydrophilic smart surfaces that switch, intelligent nanopores triggered by pH changes, molecular logic gates, and DNA nanosprings. Recently, researchers have produced motors driven by light and electricity, which have allowed DNA motors to be integrated within silicon-based nanodevices. Moreover, some devices based on i-motif structures have proven useful for investigating processes within living cells.The pH-responsiveness of the i-motif structure also provides a way to control the stepwise assembly of DNA nanostructures. In addition, because of the stability of the i-motif, this structure can serve as the stem of one-dimensional nanowires, and a four-strand stem can provide a new basis for three-dimensional DNA structures such as pillars. By sacrificing some accuracy in assembly, we used these properties to prepare the first fast-responding pure DNA supramolecular hydrogel. This hydrogel does not swell and cannot encapsulate small molecules. These unique properties could lead to new developments in smart materials based on DNA assembly and support important applications in fields such as tissue engineering.We expect that DNA nanotechnology will continue to develop rapidly. At a fundamental level, further studies should lead to greater understanding of the energy transformation and material transportation mechanisms at the nanometer scale. In terms of applications, we expect that many of these elegant molecular devices will soon be used in vivo. These further studies could demonstrate the power of DNA nanotechnology in biology, material science, chemistry, and physics.

Graphical Abstract A supramolecular double network hydrogel is presented by physical interpenetration of DNA and cucurbit[8]uril networks. In addition to exhibiting an increase in strength and thermal stability, the double network hydrogel possesses excellent properties such as stretchability, ductility, shear-thinning, and thixotropy. Moreover, it is enzymatically responsive to both nuclease and cellulase, as well as small molecules, showing great potential as a new soft material scaffold.

ABSTRACT Since SARS-CoV-2 Omicron variant (B.1.1.529) was reported in November 2021, it has quickly spread to many countries and outcompeted the globally dominant Delta variant in several countries. The Omicron variant contains the largest number of mutations to date, with 32 mutations located at spike (S) glycoprotein, which raised great concern for its enhanced viral fitness and immune escape [1–4] . In this study, we reported the crystal structure of the receptor binding domain (RBD) of Omicron variant S glycoprotein bound to human ACE2 at a resolution of 2.6 Å. Structural comparison, molecular dynamics simulation and binding free energy calculation collectively identified four key mutations (S477N, G496S, Q498R and N501Y) for the enhanced binding of ACE2 by the Omicron RBD compared to the WT RBD. Representative states of the WT and Omicron RBD-ACE2 systems were identified by Markov State Model, which provides a dynamic explanation for the enhanced binding of Omicron RBD. The effects of the mutations in the RBD for antibody recognition were analyzed, especially for the S371L/S373P/S375F substitutions significantly changing the local conformation of the residing loop to deactivate several class IV neutralizing antibodies.

DNA hydrogel represents a potent material for crafting biological scaffolds, but the toolbox to systematically regulate the mechanical property is still limited. Herein, we have provided a strategy to tune the stiffness of DNA hydrogel through manipulating the rigidity of DNA modules. By introducing building blocks with higher molecular rigidity and proper connecting fashion, DNA hydrogel stiffness could be systematically elevated. These hydrogels showed excellent dynamic properties and biocompatibility, thus exhibiting great potential in three-dimensional (3D) cell culture. This study has offered a systematic method to explore the structure-property relationship, which may contribute to the development of more intelligent and personalized biomedical platforms.

Artificial photosynthesis of hydrogen peroxide (H2O2) is a hopeful alternative to the industrial anthraquinone process. However, rational fabrication of the photocatalysts for the production of H2O2 without any sacrificial agents is still a formidable challenge. Herein, two kinds of linear conjugated polymers (LCPs) including pyridinic N functionalized polymer (DEB-N2) and pyridinic N non-contained polymer (DEB-N0) were successfully synthesized. DEB-N2 displays enhanced light capturing ability and good dispersion in water, leading to a substantial initial H2O2 generation rate of 3492μmol g-1h−1 as well as remarkable photocatalytic stability in pure water. Furthermore, the temperature programmed desorption (TPD) and density functional theory (DFT) analysis reveal that highly electronegative pyridine-N atoms in DEB-N2 boost the adsorption affinity of oxygen molecules, which facilitates the occurrence of the oxygen reduction reaction, therefore enhancing the performance of photocatalytic H2O2 production. This study unveils that the presence of pyridinic N in DEB-N2 has a significant impact on photocatalytic H2O2 production, suggesting the precise manipulation of the chemical structure of polymer photocatalysts is essential to achieve efficient solar-to-chemical energy conversion.

The emergence of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and its Omicron subvariants drastically amplifies transmissibility, infectivity, and immune escape, mainly due to their resistance to most neutralizing antibodies. Thus, exploring the mechanisms underlying antibody evasion is crucial. Although the full-length native form of antibody, immunoglobulin G (IgG), offers valuable insights into the neutralization, structural investigations primarily focus on the fragment of antigen-binding (Fab). Here, we employ single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) to characterize a W328-6H2 antibody, in its native IgG form complexed with severe acute respiratory syndrome (SARS), severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 wild-type (WT) and Omicron variant BA.1 spike protein (S). Three high-resolution structures reveal that the full-length IgG forms a centered head-to-head dimer of trimer when binds fully stoichiometrically with both SARS and WT S, while adopting a distinct offset configuration with Omicron BA.1 S. Combined with functional assays, our results suggest that, beyond the binding affinity between the RBD epitope and Fab, the higher-order architectures of S trimer and full-length IgG play an additional role in neutralization, enriching our understanding of enhanced neutralization by SARS-CoV-2 antibodies. This study demonstrates that a single antibody exhibits distinct binding modes with SARS-CoV-2 WT and Omicron variants, correlating with neutralization loss. The underlying mechanisms offer insights into enhanced neutralization.