Interakce RNA s uhlíkovými nanomateriály

Andrea NEDĚLNÍKOVÁ

Bachelor's thesis

Interaction of RNA with carbon nanomaterials

Abstract:

Každému třetímu člověku bývá během života zjištěn nádor. Pro úspěšnou léčbu je důležité nádor včas odhalit, správně jej diagnostikovat a zvolit účinný způsob léčby. Ve všech třech oblastech se jeví jako vhodní kandidáti zejména uhlíkové nanomateriály díky svým vlastnostem. Uhlíkové tečky mají potenciál zejména ve zkvalitnění zobrazovacích metod. Nicméně uhlíkové tečky mohou být využity k cílenému transportu léčiv, kde např. ribonukleová kyselina RNA může být jak přenášenou látkou (siRNA v genovém umlčování), tak cílem pro uhlíkové tečky v organismu. Nicméně před praktickým použitím těchto látek je nutné pečlivě prozkoumat interakce uhlíkových nanomateriálů s organismem počínaje nejhojněji zastoupenými biomolekulami. Zde řadíme i RNA vyskytující se ve všech buňkách, která hraje klíčovou roli v překladu genetického kódu. Tato práce se zaměřila na studium interakcí dvou motivů sekundární struktury ribonukleové kyseliny (dvoušroubovice a smyčky) s uhlíkovými tečkami s navázanými funkčními skupinami pomocí počítačových simulací. Na základě výsledků bylo možné posoudit, jak vliv motivu a typu bází RNA, tak vliv funkční skupiny na povrchu uhlíkové tečky na vzájemné interakce. Duplex RNA poskytuje pro možné interakce své terminální báze, velký a malý žlábek, smyčka navíc umožňuje interakci s volnými bázemi. Jako nejpreferovanější interakce duplexu se ukázala patrová interakce krajní vrstvy uhlíkové tečky na terminální báze. Pro smyčku byla preferovanější patrová interakce uhlíkové tečky s volnou bází smyčky. Uhlíková tečka bez funkčních skupin v simulacích s duplexem nejčastěji zaujala polohu v malém žlábku, kde interagovala s ribózami. Téměř ve všech simulacích došlo k interakci mezi uhlíkovými tečkami a RNA. Tato interakce však nevedla k degradaci struktury RNA, což můžeme považovat za pozitivní výsledek.

Abstract:

One in three people will be diagnosed with a tumour in their lifetime. Successful treatment depends on early detection, correct diagnosis and effective treatment. In all three areas, carbon nanomaterials appear to be suitable candidates due to their properties. Carbon dots have the potential to improve imaging methods, as well as in targeted drug delivery. Ribonucleic acid RNA can act as a carrier (siRNA in gene silencing) or as a target for carbon dots in the organism. However, before practical application, the interactions of carbon nanomaterials with the organism must be carefully studied, starting with the most abundant biomolecules, including the RNA, which is present in all cells and plays a key role in the translation of the genetic code. This work was focused on the study of the interactions of two RNA structure motifs (duplex and hairpin loop) with carbon dots with functional groups using computer simulations. We were able to discuss the influence of the motif and the type of RNA bases, as well as the influence of the functional group on the carbon dot surface on the interactions. Duplex RNA provides terminal bases, major and minor grooves for the interaction. The hairpin loop allows the carbon dot to interact with unpaired bases. The most preferred interaction for the duplex was the - stacking interaction of the carbon dot layer on the terminal bases. In simulations containing the carbon dot and the hairpin loop, stacking of the carbon dot on the unpaired base of the loop occurred most frequently. The carbon dot without functional groups in simulations with one of the duplexes most often occupied a position in the minor groove where it interacted with ribose. In almost all simulations, there was an interaction between the carbon dots and the RNA. However, this interaction did not lead to degradation of the RNA structure, which can be considered a positive result. Key words: carbon

Keywords

uhlíkové tečky, kvantové tečky, RNA

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Markéta Paloncýová

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry / Applied Chemistry