Vývoj a studium senzorů redoxních reakcí

Bc. Michal Poljak

Master's thesis

Development and study of the sensors of redox processes

Abstract:

Ačkoliv reaktivní formy kyslíku (ROS) představují přirozenou součást buněčného metabolismu kyslíku, jejich nadbytek vyvolává oxidativní stres, který je odpovědný za poškození buněčných struktur. Jako jeden ze senzorů oxidovaných biomolekul existuje třída reduktáz methioninsulfoxidu (Msrs), která slouží jako intracelulární značka pro oxidované methioninové zbytky v proteinech. MsrA redukuje (S)-epimer sulfoxidu na odpovídající sulfid a MsrB naopak redukuje (R)-epimer. Nicméně, prostředky pro detekci reduktáz methioninsulfoxidu zůstávají doposud značně omezené. V této práci byla syntetizována série chromoforů na bázi BODIPY s methylthio a methylsulfoxidovými substituenty a byly charakterizovány jejich fotofyzikální vlastnosti. Jeden pár sulfoxid-sulfid byl identifikován jako fluorescenční sonda, u které se k sledování enzymatické redukce ve vodním médiu využívá batochromického posunu emisního maxima. Rovněž byla pozorována a identifikována významná změna kvantových výtéžků fluorescence, což usnadňuje detekci sondy s využitím fluorescenčních technik.

Abstract:

Reactive oxygen species (ROS) present a natural part of cellular oxygen metabolism, whereas the excess of ROS causes oxidative stress responsible for damage to the cellular structures. Among others, one class of methionine sulfoxide reductases (Msrs) has been recognized as an intracellular marker for oxidized methionine residues in proteins. MsrA reduces the (S)-epimer of the sulfoxide to the corresponding sulfide, whereas MsrB reduces the (R)-epimer. Nonetheless, the means for detection of Msrs remain severely limited to this day. A series of BODIPY-based chromophores possessing methylthio and methylsulfoxide substituents were synthesized and their photophysical properties were determined. One sulfoxide-sulfide pair was identified as a fluorescent probe, whose bathochromic shift in the emission maxima is used to follow the enzymatic reduction in an aqueous buffer. A large change in the fluorescence quantum yields was also observed, facilitating the detection of the probe using fluorescence techniques.

Keywords

fluorescentní senzor, methionin sulfoxid reduktáza, reaktivní formy kyslíku, ROS, Msr, BODIPY, fluorescent sensor, methionine sulfoxide reductase, reactive oxygen species

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 1. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 4. 2. 2019
• Supervisor: prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D.
• Reader: RNDr. Tomáš Slanina, Ph.D., Mgr. Peter Šebej, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Organic Chemistry