Vliv koncentrace na molekularitu a topologii DNA kvadruplexu lidské telomery

• Thesis title in Czech: Vliv koncentrace na molekularitu a topologii DNA kvadruplexu lidské telomery
• Thesis title in English: Effect of solvent conditions on the molecularity and topology of human-telomere DNA quadruplex
• Key words: DNA, kvadruplex, NMR
• English key words: DNA, quadruplex, NMR
• Academic year of topic announcement: 2016/2017
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Low Temperature Physics (32-KFNT)
• Supervisor: Mgr. Václav Římal, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 16.01.2017
• Date of assignment: 16.01.2017
• Confirmed by Study dept. on: 14.02.2017
• Advisors: doc. RNDr. Peter Mojzeš, CSc.

Guidelines

1. Seznámit se a osvojit si základní principy jaderné magnetické rezonance vysokého rozlišení
2. Změřit vodíková spektra NMR při vybraných teplotách po různých způsobech přípravy vzorku DNA se sekvencí lidské telomery.
3. Ve vybraných případech provést další experimenty NMR, zejména měření translačních difúzí a 2D spekter NOESY
4. Vyhodnotit, jak různé parametry vzorku ovlivňují molekularitu a topologii struktury kvadruplexu

References

[1] Mudroňová, K., Římal, V., and Mojzeš, P. (2016) Effect of ribose versus 2’-deoxyribose residue in guanosine 5'-monophosphates on formation of G-quartets stabilized by potassium and sodium cations. Vibrational Spectroscopy 82, 60–65.
[2] Palacky, J., Vorlícková, M., Kejnovská, I., and Mojzes, P. (2013) Polymorphism of human telomeric quadruplex structure controlled by DNA concentration: a Raman study. Nucleic acids research 41, 1005–16.
[3] Luu, K. N., Phan, A. T., Kuryavyi, V., Lacroix, L., and Patel, D. J. (2006) Structure of the human telomere in K+ solution: An intramolecular (3+1) G-quadruplex scaffold. Journal of the American Chemical Society 128, 9963–9970.
[4] Wang, Y., and Patel, D. J. (1993) Solution structure of the human telomeric repeat d[AG3(T2AG3)3] G-tetraplex. Structure 1, 263–282.
[5] Neidle, S. (2008) Principles of Nucleic Acid Structure (vybrané kapitoly). Academic Press, Amsterdam.

Preliminary scope of work

Části DNA na koncích chromozómů (v telomerních úsecích) jsou bohaté na guanin a hojně vytváří čtyřšroubovicové struktury, tzv. kvadruplexy. V telomerách mají zejména ochrannou funkci; mohou se ale tvořit i v jiných místech genomu a různou měrou se tak podílet na vzniku dědičných chorob.

Kvadruplexy mohou zaujímat rozličnou topologii: známe paralelní, antiparalelní i hybridní (3+1) konformace jednotlivých vláken tvořících kvadruplex. I jediná sekvence může za různých vnějších podmínek tvořit různé typy kvadruplexů. Zajímavou vlastností je zejména vysoká citlivost na různé typy kationtů v roztoku (Na+, K+) a změna konformace po zakoncentrování či zředění vzorku. Cílem této práce je přispět k vysvětlení tohoto chování: do jaké míry je efekt zvýšení či snížení koncentrace vratný? Kolik molekul DNA se účastní tvorby komplexů při vyšších koncentracích?

Spektroskopie jaderné magnetické rezonance umožňuje zodpovězení těchto otázek. Různé typy struktur se liší rezonančními frekvencemi jader vodíku 1H, na velikosti částic závisí relaxační doby a difúzní koeficient. To vše lze na přístrojovém vybavení na katedře fyziky nízkých teplot provádět za různých teplot.

Preliminary scope of work in English

Telomeric DNA, rich in guanine, forms quadruplex structures composed of four DNA strands connected to each other. Quadruplexes can fold in various topologies, including parallel, anti-parallel and hybrid (3+1) types. The final structure depends not only on the nucleotide sequence but the solvent conditions are very important, too. It has recently been shown that the quadruplex topology and even molecularity can change upon cation (Na+, K+) replacement, concentration increase, and thermal treatment.

The main goal of this thesis is to bring new insights into dependence of the quadruplex type on ionic composition of the solvent and oligonucleotide concentration with a special interest in the differences caused by annealing. NMR spectroscopy used in the thesis, particularly the 1H chemical shifts, is sensitive to the quadruplex structure. Difusion coefficient can be used to obtain size of the complexes created as well.