MD simulace a NMR studium nekovalentních interakcí: Kvadruplexy a další supramolekulární útvary

Bc. Martin Novák

Master's thesis

MD simulations and NMR study of non-covalent interactions: Quadruplexes and other supramolecular assemblies

Abstract:

Nekovalentní interakce jsou v přírodě mimořádně důležité. Ačkoli jsou řazeny mezi slabé, jsou to bezpochyby síly, které jsou zodpovědné za molekulární agregace, rozpoznávání a skládání biomolekul. V této práci byla použita metoda teorie funkcionálu hustoty (DFT) k ohodnocení vlastností stavebních bloků odvozených od guaninu a xanthinu ve čtyřřetězcových agregátech a srovnání s jejich 6-thio deriváty. Získané výsledky naznačují, že substituce síry za kyslík v centrálním póru jsou v navržených případech nevýhodné. Efekt substituce adeninu za guanin na první pozici ve čtyřnásobné repetici telomerní sekvence obratlovců, d[GGG(TTAGGG)3], byl jako modelový systém poškození DNA studován experimentálně pomocí metod NMR spektroskopie s vysokým rozlišením a výsledky byly porovnány s MD simulacemi. Ze získaných dat pro tento oligonukleotid lze vyvodit, že v prostredí Na+ iontů je přítomen v košíčkovém typu kvadruplexu, který je blízko místa léze relativně flexibilní a za experimentálních podmínek zaujímá více konformací. Toto chování bude předmětem dalšího studia.

Abstract:

Non-covalent interactions are exceptionally important in nature. Despite their weakness they are arguably the forces responsible for molecular assembly, recognition and biomolecular folding. Density functional theory (DFT) was employed for evaluating the guanine- and xanthine- based building blocks and their 6-thio derivatives in quadruhelical assemblies. The obtained results show that substitution of sulphur for oxygen in the central pore is unfavorable in proposed cases. The effect of adenine for guanine substitution at first position of four repeat vertebrate telomeric sequence, d[GGG(TTAGGG)3], as a model system of DNA damage was studied experimentally using methods of high resolution NMR spectroscopy and the results were compared to MD simulations. From the data obtained for this oligonucleotide it seems that in Na+ environment it forms basket type quadruplex which is rather flexible and adopts several conformations. This behavior will represent a subject of our future studies.

Keywords

Quadruplexes, Modified Bases, Telomeres, NMR, MD, DFT, Kvadruplexy, Modifikované báze, Telomery

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 14. 6. 2013
• Supervisor: prof. RNDr. Radek Marek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry