Charakterizace nukleových kyselin v komplexním prostředí živých buněk pomocí in-cell NMR spektroskopie

Mgr. Michaela Krafčíková, Ph.D.

Doctoral thesis

Characterization of nucleic acids in the complex environment of living cell using in-cell NMR spectroscopy

Abstract:

Každý organismus se skládá z biomolekul, které jsou odpovědné za správnou funkci jeho buněk. Konvenční metody pro analýzu biomolekul však nejsou prováděny v jejich přirozeném prostředí. Informace o důležitých strukturních a funkčních vlastnostech biomolekul jsou tím zcela ztraceny. Biomolekuly uvnitř živých buněk jsou ovlivňovány širokou škálou faktorů prostředí, jako je teplota, molecular crowding, pH, viskozita nebo metabolity. In-cell NMR přístup nám umožňuje studovat tyto biomolekuly v komplexním prostředí živých buněk s atomovým rozlišením. Tato disertační práce shrnuje výsledky, které popisují dopad intracelulárního prostředí na charakterizaci struktur DNA (i-motiv) a interakcí DNA/RNA v lidských buňkách pomocí nejmodernější in-cell NMR spektroskopie. Výsledky naznačují, že využití zkoumaných intracelulárních faktorů má zásadní vliv pro důkladnější pochopení chování biomolekul uvnitř buněk. Zároveň potvrzují, že in-cell NMR spektroskopie je unikátním nástrojem pro jejich studium.

Abstract:

Each organism consists of biomolecules, which are responsible for the proper function of its cells. However, the conventional methods for biomolecule analysis are not conducted in their native context. Consequently, information on biomolecules' important structural and functional features is entirely lost. Biomolecules inside the living cells are influenced by a broad range of environmental factors such as temperature, molecular crowding, pH, viscosity, or metabolites. The in-cell NMR approach allows us to study these biomolecules at atomic resolution in living cells' complex environment. This Ph.D. thesis summarises the results, which describe the critical impact of the intracellular environment on the characterization of DNA structures (i-motifs) and DNA/RNA interactions in human cells using state-of-the-art in-cell NMR spectroscopy. The results suggest that the inclusion of these intracellular factors is essential for better understanding biomolecules' behavior inside the cells. At the same time they confirm, that in-cell NMR spectroscopy is a unique tool for their investigation.

Keywords

nucleic acids, in-cell NMR spectroscopy, DNA/RNA-ligand interactions, i-motiv, intracellular environment, cellular pH, molecular crowdingy, nukleové kyseliny, in-cell NMR spektroskopie, DNA/RNA-ligand interakce, intracelulární prostředí, buněční pH

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 4. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 13. 5. 2021
• Supervisor: doc. Mgr. Lukáš Trantírek, Ph.D.
• Reader: PhD Enrico Luchinat, May Khanna, PhD

Masaryk University

Faculty of Science

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