Interakce G-kvadruplexů s chromofory

Mgr. Kateřina Peterková, Ph.D.

Doctoral thesis

Interactions of G-quadruplexes with chromophores

Abstract:

Schopnost nukleových kyselin skládat se do nekanonických struktur vyššího řádu hraje nepostradatelnou roli v mnoha biologických a biomedicínských procesech. G-kvadruplexy představují rodinu struktur tvořených DNA a RNA sekvencemi bohatými na guanin. Mutace v sekvencích tvořících G-kvadruplexy často vedou k rozvoji různých onemocnění. Proto bylo navrženo několik přístupů zaměřených na vyvolání terapeutické odezvy prostřednictvím manipulace G-kvadruplexových struktur nacházejících se v promotorových a telomerních regionech. Předložená dizertační práce shrnuje výsledky dvou projektů zaměřených na kovalentní a nekovalentní interakce biologicky relevantních G-kvadruplexů s malými molekulami. První část dizertace je zaměřena na přípravu stabilních G-kvadruplexových vějiček začleněním nukleotidu konjugovaného s pyrenem do sekvence G-kvadruplexu c-kit2, který se nachází v protoonkogenu KIT. V případě úspěchu G-kvadruplexové vějičky naváží nezbytné transkripční faktory, a tak potlačí expresi KIT a následně buněčný růst a progresi nádoru. Druhá část dizertace je zaměřena na studium interakcí mezi novou polypyridylovou sondou obsahující osmium a strukturami G-kvadruplexů získaných z promotoru protoonkogenu cMYC a z lidských telomer. Naše NMR studie odhalují, že enantioselektivita interakce je silně závislá na topologii G-kvadruplexu. Poukazujeme na důležitost kombinování strukturních a fotofyzikálních studií při charakterizaci vlivu interakce na strukturu G-kvadruplexu a změnu luminescence.

Abstract:

The ability of nucleic acids to fold into higher-order non-canonical structures has been postulated and later proven to play an indispensable role in many biological and biomedical processes. G-quadruplexes represent a family of structures adopted by both DNA and RNA sequences rich in guanine. Mutations in G-quadruplex forming sequences often result in development of various diseases. Therefore, several approaches with the potential to elucidate therapeutical response by manipulating G-quadruplex structures found in promoter and telomeric regions have been suggested. This dissertation thesis summarizes results from two projects focused on covalent and non-covalent interactions of biologically relevant G-quadruplexes with small molecules. First, we aimed to design stable G-quadruplex decoys by incorporation of pyrene-conjugated nucleotide in the sequence of the c-kit2 G-quadruplex located in the KIT proto-oncogene. If successful, G-quadruplex decoys are expected to sequester essential transcription factors and thus suppress KIT expression and consequently cell growth and cancer progression. Secondly, we studied binding of a novel osmium polypyridyl probe to the structure of G-quadruplexes derived from promoter of the cMYC proto-oncogene and from human telomere. Our NMR studies revealed that the enantioselectivity of binding is greatly dependent on the G-quadruplex topology. We show the importance of combining structural and photophysical studies to characterize the impact of binding on G-quadruplex structure and on the luminescence response.

Keywords

nukleové kyseliny, G-kvadruplex, KIT, cMYC, hTel, NMR spektroskopie, chromofor, osmium, DNA-ligand interakce, nucleic acids, G-quadruplex, NMR spectroscopy, chromophore, DNA–ligand interaction

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 15. 5. 2023
• Supervisor: prof. RNDr. Radek Marek, Ph.D.
• Reader: doc. Mgr. Lukáš Trantírek, Ph.D., prof. Mgr. Lukáš Žídek, Ph.D., prof. dr. Jurij Lah, doc. dr. Miha Pavšič

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biomolecular chemistry and bioinformatics / Biomolecular chemistry and bioinformatics