Studium vlivu deuterace na strukturu a stabilitu mononukleotidových G-kvadruplexů

• Název práce v češtině: Studium vlivu deuterace na strukturu a stabilitu mononukleotidových G-kvadruplexů
• Název v anglickém jazyce: Study of the effect of deuteration on the structure and stability of mononucleotide G-quadruplexes
• Klíčová slova: Ramanův rozptyl|infračervená absorpce|Ramanova optická aktivita|vibrační cirkulární dichroismus|deuterace|nukleotidy|UV absorpce
• Klíčová slova anglicky: Raman scattering|infrared absorption|Raman optical activity|vibrational circular dichroism|deuteration|nucleotides|UV absorption
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Václav Profant, Ph.D.
• Řešitel: Lucia Ďuríšková - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 09.11.2023
• Datum zadání: 09.11.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 10.11.2023
• Konzultanti: Mgr. Štěpán Jílek

Zásady pro vypracování

1. Vypracovat rešerši pokrývající řešenou problematiku – příprava a studium struktury mononukleotidových G-kvadruplexů různými fyzikálně-chemickými metodami se zaměřením na vliv izotopické záměny
2. Seznámit se se základy metod optické a chiroptické spektroskopie a zvládnout měření na UV, IR, Ramanovském, ECD, VCD a ROA spektrometru. Osvojit si metody multivariantního statistického zpracování souborů experimentálních dat.
3. Pomocí výše zmíněných experimentálních metod studovat na vybraných vzorcích tvorbu mononukleotidových G-kvadruplexů za různých fyzikálně-chemických podmínek v prostředí těžké vody.
4. Identifikovat strukturně a konformačně citlivé spektrální značky spojené s vodík - deuteriovou výměnnou a charakterizovat změny ve struktuře a stabilitě G-kvadruplexů vyvolané deuterací.

Seznam odborné literatury

1. Saenger, W., Principles of Nucleic Acid Structure, Springer, NewYork, 1984
2. Stephens, P.J.; Devlin, F.J.; Cheeseman, J.R. VCD Spectroscopy for Organic Chemists. CRC Press, 2012.
3. Schrader B.: Infrared and Raman Spectroscopy, VCH, Weinheim, 1995.
4. Bloomfield V.A. et al.: Nucleic Acids, University Science Books, Sausalito, 2000.
5. Nafie, L.A. Vibrational Optical Activity: Principles and Applications, John Wiley & Sons, 2011.
6. Jílek Š. Diplomová práce, MFF UK, 2021.
7. Vybraný soubor původních prací

Předběžná náplň práce

Guaninové kvadruplexy (G4) jsou nekanonické sekundární struktury nukleových kyselin, které mohou za vhodných podmínek vznikat v částech DNA a RNA bohatých na guanin. V závislosti na počtu vláken tvořících kvadruplex, jejich orientaci a sekvenci rozlišujeme celou řadu konformačně a strukturně odlišných typů kvadruplexů. Za vysoké koncentrace mohou obdobné struktury - tzv. mononukleotidové guaninové kvadruplexy (mG4) - vznikat i samoasociací samotných volných guaninových mononukleotidů. G4 jsou v současné době intenzivně studovány, neboť nedávné studie poukázaly na jejich regulační funkci (nacházejí se v promotorových sekvencích některých genů) a také možnou protinádorovou funkci.

Náplní bakalářské práce bude experimentální studium mG4 pomocí metod optické spektroskopie v prostředí těžké vody, kdy může docházek k vodík-deuteriové výměně na samotných studovaných molekulách. Cílem práce bude charakterizace změn, které tato výměna způsobuje ve struktuře a stabilitě mG4 komplexů a stanovení příslušných konformačních značek (markerů). Práce je s přístrojově, metodicky a materiálově zajištěna.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Guanine quadruplexes (G4) are non-canonical secondary structures of nucleic acids that can form under suitable conditions in parts of DNA and RNA rich in guanine. Depending on the number of nucleotide chains forming the quadruplex, their orientation, and sequence, we distinguish a number of conformationally and structurally different types of quadruplexes. At high concentrations, similar structures - so-called mononucleotide guanine quadruplexes (mG4) - can also be formed by self-association of the free guanine mononucleotides themselves. G4s are currently being intensively studied, as recent studies have pointed to their regulatory function (they are found in the promoter sequences of some genes) and also their possible antitumor function.

The subject of the bachelor's thesis will be the experimental study of mG4 using optical spectroscopy methods in a heavy water environment, where hydrogen-deuterium exchange can occur on the studied molecules themselves. The aim of the work will be to characterize the changes that this exchange causes in the structure and stability of mG4 complexes and to determine the relevant conformational markers.