Anomální struktury DNA v lidském genomu

Mgr. Helena Kašparová, Ph.D.

Doctoral thesis

Anomalous structure of the DNA in the human genome

Abstract:

Lidská DNA je vystavena atakům endogenních a exogenních agens, které ji mohou poškozovat a to po celé její délce. Pokud nedojde k včasné opravě vzniklých lézí, může dojít k zastavení důležitých buněčných procesů, které mohou vést až ke smrti buňky nebo k jejímu nádorovému zvrhnutí. V disertační práci jsem se věnovala vlivu nejčastěji vyskytujících se lézí, a to na lidské telomerní sekvenci AG3(TTAGGG)3, která je schopna tvořit kvadruplex. Za použití CD spektroskopie, UV absorpční spektroskopie a nativní PAGE jsem zjišťovala vliv abazického místa či 8-oxoadeninu na místo adeninu, respektive 5-hydoxymetyluracilu v pozici tyminu na tvorbu a stabilitu kvaduplexu. Všechny studované modifikace se nacházely ve spojujících sekvencích guaninových bloků, tedy v loopech telomerního kvadruplexu. Absence adeninu v loopech vyvolává změnu topologie kvadruplexu. Přítomnost 8-oxoadeninu působí mírné zvýšení stability kvadruplexu a 5-hydroxymetyluracil výrazně neovlivňuje tuto strukturu. Určit dopad těchto lézí na kvadruplex má svůj význam nejen ze strukturního hlediska, ale i protinádorové léčbě. V další části práce jsem se zabývala strukturou vybraných transpozonových sekvencí. Transpozony patří mezi mobilní elementy, které jsou schopné se šířit genomem a způsobovat jeho expanzi, ale většina z nich je umlčena hostitelem. Ve spolupráci s Pavlínou Šteflovou jsme se zabývaly retrotranspozony s dlouhými koncovými repeticemi, kde jsme studovaly 10 vhodných sekvencí vybraných z 18 377 elementů z 21 rostlinných genomů. Za použití CD spektroskopie, UV absorpční spektroskopie a nativní PAGE jsme stanovovaly schopnost těchto 10 vzorků a 4 mutantů tvořit za vhodných podmínek kvadruplex. Zjistily jsme, že sekvence obsahující 4 guaninové bloky po 3 a více guaninech tvořily itramolekulární kvadruplexy, kratší bloky tvořily kvadruplexy intermolekulárně.

Abstract:

Human DNA is continuously attacked by endogenous and exogenous agents, which can damage it anywhere along its entire length. If the lesion is not repaired in time, important cellular processes might be stopped. This can lead to cell death or carcinogenesis. In this work, I focused on diverse effects of naturally occurring base lesions on human telomere sequence AG3(TTAGGG)3, which is capable to form guanine quadruplex. Using CD spectroscopy, UV absorption spectroscopy and polyacrylamide gel electrophoresis I studied the influence of abasic site or 8-oxoadenine replacing adenine and 5-hydroxymethyluracil replacing thymine on formation and stability of the quadruplex. All modifications studied were positioned in the loops connecting G3 blocks, of the telomere quadruplex. Loss of adenine in the loops induced change in quadruplex topology. Presence of 8-oxoadenine slightly increased quadruplex stability and 5-hydroxymethyluracil had no significant effect on the quadruplex structure. Determination of the effect of base lesions on human telomere quadruplex is important not only from the structural point of view but also in cancer treatment. In the next part of the work I focused on secondary structure of transposon sequences. Transposons are mobile elements, which are capable to spread along the genome and cause its expansion, but most of them are silenced by a host. In a cooperation with Pavlína Šteflová we examined retrotransposons with long terminal repeats, where we studied ten suitable sequences selected from 18 377 elements from 21 plant genomes. Using CD spectroscopy, UV absorption spectroscopy and polyacrylamide gel electrophoresis we determined the ability to form quadruplex by these ten samples and by their four mutants. We found, that sequence containing four guanine-blocks of three or more guanines formed intramolecular quadruplexes, shorter blocks formed quadruplexes intermolecularly

Keywords

Sekundární struktury DNA, CD spektroskopie, Guaninový kvadruplex, Poškození bází, LTR retrotranspozony, DNA secondary structure, CD spectroscopy, Guanine quadruplex, Base modification, LTR retrotransposons

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 2. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 9. 3. 2016
• Supervisor: prof. RNDr. Michaela Vorlíčková, DrSc.
• Reader: doc. RNDr. Oldřich Vrána, CSc., prof. RNDr. Jana Kašpárková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Biochemistry