Určování struktury proteinů s flexibilními doménami pomocí kryo-elektronové mikroskopie

Bc. Martina Zánová

Master's thesis

Determination of high-resolution structures of proteins with flexible domains using cryo electron microscopy

Abstract:

Kryo-elektronová mikroskopie se ukázala jako výkonná a inovativní technika v ob-lasti strukturní biologie, která se používá k určení 3D tvaru biomakromolekul. Mezi vědeckou komunitou si získala zaslouženou oblibu díky relativně snadné přípravě vzorků, schopnosti zachytit studované molekuly v různých konformačních stavech a schopnosti rekonstruovat jejich strukturu v rozlišení blízkém atomu. Kromě toho, díky nedávným pokrokům v technologii a ve zpracování obrazu, může být cryo-EM použita ke studiu náročnějších biomolekulárních vzorků, které vykazují konformační heterogenitu a flexibilitu. V prezentované práci jsem studovala myší RNázu III v komplexu s molekulou dvouřetězcové RNA pomocí kryo-EM jednočásticové analýzy. Kryo-EM hustotní mapy byly získány v relativně vysokém rozlišení (místně až 3.5 Å) díky pokročilému a optimalizovanému pracovnímu postupu zpracování dat. Následně byly modelovány a zpřesňovány atomové modely studovaných biomolekul a byla provedena strukturní analýza.

Abstract:

Cryo-electron microscopy has proven to be a powerful and innovative technique in the field of structural biology that is used to determine the 3D shape of biomacromolecules. It has gained well-deserved popularity among the scientific community due to the relative ease of sample preparation, the ability to capture the molecules under study in different conformational states, and the ability to reconstruct their structure at near-atomic resolution. Furthermore, due to recent advances in technology and in image processing, cryo-EM can be used to study more demanding biomolecular samples which exhibit conformational heterogeneity and flexibility. In presented work, I have studied mouse RNase III in complex with double-stranded RNA molecule using cryo-EM single particle analysis. The cryo-EM density maps have been obtained in relatively high resolution (locally up to 3.5 Å resolution) thanks to the advanced and optimized workflow of data processing. Subsequently, atomic models of the studied biomolecules have been modelled and refined, and structural analysis was performed.

Keywords

vědy o živé přírodě, strukturní biologie, kryo-elektronová mikroskopie, analýza jednotlivých částic, struktura, mapa elektronové hustoty, protein, RNA, komplex protein-RNA, genová regulace, malá nekódující RNA, umlčování RNA, miRNA, siRNA, savci, Dicer, ribonukleáza, life sciences, structural biology, cryo-electron microscopy, single particle analysis, structure, electron density map, protein-RNA complex, gene regulation, small non-coding RNA, RNA silencing, mammals, ribonuclease

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 16. 6. 2022
• Supervisor: doc. Mgr. Karel Kubíček, PhD.
• Reader: Dr. rer. nat. Hana Nedozrálová

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Biophysics