DNA origami design with C aDNAno T ool K it ( CTK ) Tural Aksel - - PowerPoint PPT Presentation

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dna origami design with c adnano t ool k it ctk
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DNA origami design with C aDNAno T ool K it ( CTK ) Tural Aksel - - PowerPoint PPT Presentation

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DNA origami design with C aDNAno T ool K it ( CTK ) Tural Aksel Douglas Lab 2018-09-25 DNA origami design with CTK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D E F G H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D E F G H DNA

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SLIDE 1

DNA origami design with CaDNAno ToolKit (CTK)

Tural Aksel Douglas Lab

2018-09-25

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SLIDE 2

A B C D E F G H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D E F G H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

DNA origami design with CTK

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SLIDE 3

A B C D E F G H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D E F G H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

DNA origami design with CTK

autobreak autopipette

  • rigamisim
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SLIDE 4

Designing DNA origami using Cadnano

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SLIDE 5

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json design_autobreak.json

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SLIDE 6

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 10 10 2 2 10 10 2 2 1 1 1 1 1 1
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SLIDE 7

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
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SLIDE 8

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 10 10 2 2 10 10 2 2 1 1 1 1 1 1
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SLIDE 9

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 10 10 8 8 8 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 8 8 6 6 6 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 8 2 4 4 2 2 2 2 3 3 3 3 1 3 1 1 1 10 10 2 2 10 10 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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SLIDE 10

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
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SLIDE 11

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 10 10 2 2 10 10 2 2 1 1 1 1 1 1
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SLIDE 12

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
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SLIDE 13

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK design.json

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
slide-14
SLIDE 14

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK graph representation

5' 3'

slide-15
SLIDE 15

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK graph representation

5' 3'

slide-16
SLIDE 16

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK possible solution 1

5' 3'

slide-17
SLIDE 17

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK possible solution 1

5' 3'

ω1 ω2 ω3 ω4

slide-18
SLIDE 18

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK possible solution 2

5' 3'

ω1 ω2 ω5 ω

6

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SLIDE 19

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK shortest path

5' 3'

ω1 ω2 ω5 ω

6

ω1 ω2 ω5 ω

6

S= + + +

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SLIDE 20

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

5' 3' 5' 3'

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 10 10 8 8 8 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 8 8 6 6 6 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 8 2 4 4 2 2 2 2 3 3 3 3 1 3 1 1 1 10 10 2 2 10 10 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

graph representation

slide-21
SLIDE 21

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

5' 3' 5' 3'

graph representation

slide-22
SLIDE 22

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

5' 3' 5' 3'

graph representation

slide-23
SLIDE 23

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

5' 3' 5' 3'

graph representation

slide-24
SLIDE 24

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

edge weights

Martin TG, Dietz H. (2012)

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SLIDE 25

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK edge weights

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
slide-26
SLIDE 26

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
slide-27
SLIDE 27

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

loop closure

slide-28
SLIDE 28

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1
slide-29
SLIDE 29

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4

slide-30
SLIDE 30

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 ΔGtotal ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 = + + + + + +

SantaLucia, Hicks (2004) Dunn K.E et al.(2015)

slide-31
SLIDE 31

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure encounter probability

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 ΔGtotal ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 = + + + + + + ΔGconc +

Dunn K.E et al.(2015) Dunn K.E et al.(2015) SantaLucia, Hicks (2004)

slide-32
SLIDE 32

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure encounter probability

Favorable

+

Unfavorable

—

Unfavorable

— —

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 ΔGtotal ΔGi,i+1 = + + ΔGconc ΔGi

Σ Σ

slide-33
SLIDE 33

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure encounter probability

Favorable

+

Unfavorable

—

Unfavorable

— —

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 ΔGtotal ΔGi,i+1 = + + ΔGconc ΔGi

Σ Σ

prob =

  • ΔGtotal/RT

e

  • ΔGtotal/RT

e 1+

slide-34
SLIDE 34

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure encounter probability

Favorable

+

Unfavorable

—

Unfavorable

— —

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 ΔGtotal ΔGi,i+1 = + + ΔGconc ΔGi

Σ Σ

prob =

  • ΔGtotal/RT

e

  • ΔGtotal/RT

e 1+ Pstruct prob

Π

=

slide-35
SLIDE 35

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK hybridization loop closure encounter probability

Favorable

+

Unfavorable

—

Unfavorable

— —

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

ΔG1 ΔG2 ΔG3 ΔG4 ΔG1,2 ΔG2,3 ΔG3,4 ΔGtotal ΔGi,i+1 = + + ΔGconc ΔGi

Σ Σ

prob =

  • ΔGtotal/RT

e

  • ΔGtotal/RT

e 1+ Pstruct prob

Π

= = lnPstruct lnprob

Σ

slide-36
SLIDE 36

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

5' 3' 5' 3'

graph representation

slide-37
SLIDE 37

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK graph representation

5' 3' 5' 3'

ω

slide-38
SLIDE 38

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK graph representation

5' 3' 5' 3'

ω ω=lnprob

slide-39
SLIDE 39

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK break positions

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap

slide-40
SLIDE 40

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK break positions

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap xscaf

slide-41
SLIDE 41

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK break positions xstap xscaf

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

all3

slide-42
SLIDE 42

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • ptimization

algorithm

5' 3' 5' 3'

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

all3

slide-43
SLIDE 43

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

all3

5' 3' 5' 3'

shortest path shortest path shortest path

  • ptimization

algorithm

slide-44
SLIDE 44

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap

5' 3' 5' 3'

  • ptimization

algorithm

k-shortest paths

slide-45
SLIDE 45

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap

  • ptimization

algorithm

k-shortest paths

5' 3' 5' 3'

slide-46
SLIDE 46

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap

  • ptimization

algorithm

5' 3' 5' 3'

k-shortest paths

slide-47
SLIDE 47

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap

  • ptimization

algorithm

5' 3' 5' 3'

Repeat n times

slide-48
SLIDE 48

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap

  • ptimization

algorithm best solution

5' 3' 5' 3'

slide-49
SLIDE 49

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK recommended setting

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

10 10 10 10 11 11 1 11 1 9 11 9 9 9 1 1 10 10 8 10 10 8 8 8 9 9 3 9 3 7 9 7 7 7 3 3 8 8 6 8 8 6 6 6 7 7 5 7 7 5 5 5 6 6 6 4 4 6 4 4 4 4 5 5 5 5 5 3 5 3 3 3 8 8 4 4 8 2 8 2 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 10 10 2 2 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

xstap.all3

autobreak.py -i design.json -rule xstap.all3 -seq p8064

slide-50
SLIDE 50

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

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  • Read-only option to score

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11 13 3 11 13 11 13 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 10 20 12 10 12 10 20 12 10 20 12 10 12 10 20 12 10 20 12 10 12 10 20 12 10 10 20 10 10 20 10 20 12 12 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 9 11 5 9 11 5 9 11 5 9 11 5 9 11 5 9 11 5 9 11 5 9 11 5 11 5 9 11 9 5 9 11 5 9 11 5 9 11 5 9 11 9 11 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 22 22 22 22 22 22 22 22 22 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 8 22 10 8 10 8 10 8 10 8 10 8 22 10 10 8 10 8 22 10 8 22 10 8 22 10 8 22 10 8 22 10 8 22 10 10 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 7 9 9 7 9 7 7 9 7 9 7 9 9 7 9 7 9 7 9 7 9 7 9 7 9 9 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 6 6 8 6 6 8 8 6 6 8 6 8 6 8 6 8 6 8 6 8 6 8 8 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5 7 5 5 7 5 7 5 5 7 5 7 7 5 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4 6 10 4 6 10 4 6 10 4 6 10 4 6 10 4 6 10 4 6 10 4 4 6 10 6 10 4 4 4 4 6 10 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 5 5 5 3 5 3 5 3 5 5 3 5 3 3 5 5 3 5 3 5 3 5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 4 12 2 4 12 2 4 12 2 4 12 2 4 12 4 12 2 4 12 2 2 4 12 2 4 4 12 2 4 4 12 4 2 4 12 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 3 3 1 3 1 3 1 3 1 3 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 14 14 14 14 14 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 14 2 14 2 14 2 14 2 14 14 2 14 2 2 14 2 14 2 14 2 14 2 14 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
  • ld
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autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

Thanks to Pablo Damasceno

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SLIDE 56

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation
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SLIDE 57

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 2. coarse grained simulation
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SLIDE 58

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation

time 0

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SLIDE 59

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation

Expansion

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SLIDE 60

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation

Compaction

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autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation

Soft repulsion

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SLIDE 62

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation

Hard repulsion

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autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation

Langevin dynamics

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SLIDE 64

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  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 1. rigid body simulation
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SLIDE 65

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction

  • 2. coarse grained simulation
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SLIDE 66

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  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction Coarse grained model ssNucleotide

P B

Nucleotides

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  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction Nucleotides

P B P P B

ssNucleotide dsNucleotide Coarse grained model

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SLIDE 68

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  • rigamisim

CTK

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DNA origami structure prediction Potentials

P B P P B P P B

harmonic bonds Coarse grained model

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  • rigamisim

CTK

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DNA origami structure prediction Potentials harmonic bonds

P B P P B P P B

Coarse grained model

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SLIDE 70

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction Potentials harmonic bonds

P P B P P B P P B

Coarse grained model

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autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction Potentials harmonic angle

P P B P P B P P B

Coarse grained model

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SLIDE 72

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  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction Potentials harmonic angle

P P B P P B P P B Z

Coarse grained model

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SLIDE 73

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  • rigamisim

CTK

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DNA origami structure prediction Potentials harmonic angle

α

x y

Coarse grained model

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  • rigamisim

CTK

  • rigamisim for rapid

DNA origami structure prediction Potentials harmonic dihedral

β β

x y

Coarse grained model

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  • rigamisim

CTK

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DNA origami structure prediction Potentials repulsions Coarse grained model

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  • rigamisim

CTK

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DNA origami structure prediction Potentials repulsions Coarse grained model

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  • rigamisim

CTK Example 1: Icosahedron design.json

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CTK Example 2: Protractor-90 design.json

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SLIDE 79

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Example 2: Protractor-90

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SLIDE 80

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Example 3: tri-120 design.json

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SLIDE 81

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Example 3: tri-120

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SLIDE 82

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Example 4: DNA pegboard 20nm

  • rigamisim.py -i design_autobreak.json -vmd -circularize
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SLIDE 83

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Autopipette enables the user to organize the staples ready for order design1.json design2.json design3.json input

  • utput

echo_384well.cvs

  • ligos_96well.xlsx
  • ligos_384well.xlsx

exportoligos.py -i *.json -seq p8064

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SLIDE 84

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Autopipette enables the user to organize the staples ready for order Labcyte Echo input file

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SLIDE 85

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Autopipette enables the user to organize the staples ready for order 96well format input Structures

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SLIDE 86

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Autopipette enables the user to organize the staples ready for order 96well format input Stocks

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SLIDE 87

autobreak autopipette

  • rigamisim

CTK Autopipette enables the user to organize the staples ready for order 96well format input Plates

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SLIDE 88

A B C D E F G H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A B C D E F G H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

DNA origami design with CTK

autobreak autopipette

  • rigamisim
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SLIDE 89

Acknowledgements

Shawn Douglas Cryo-EM core facility Alex Myasnikov David Bulkley Yifan Cheng David Agard Zanlin Yu Feng Wang Erik Navarro Rebecca Wheeler Pablo Damasceno Parsa Nafisi Suraj Makhija Nick Fong

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SLIDE 90

CHEAT SHEET cadnano2 autobreak.py -i design.json -seq p8064

  • rigamisim.py -i design_autobreak.json -vmd -circularize

exportoligos.py -i *.json -seq p8064