Předpoklady pro tvorbu G-vlásenky

Bc. Lukáš Vicherek

Master's thesis

Formation propensity of DNA G-hairpin

Abstract:

Telomerní DNA může vzhledem ke svému jedinečnému oligonukleotidovému složení tvořit kromě klasické B-DNA celou řadu alternativních struktur, například G-kvadruplex či G-vlásenku. Cílem této diplomové práce je studovat vliv nukleotidových permutací a pozičně specifických chemických modifikací, ovlivňujících buď flexibilitu cukerného kruhu nebo fosfátové páteře, na termodynamickou stabilitu a rychlost tvorby G-vlásenky. Dílčím cílem je ověření možnosti tvorby stabilní G-vlásenkové struktury u RNA. Za pomoci nativní gelové elektroforézy, CD a NMR spektroskopie je ukázáno, že tvorba G-vlásenky není omezena pouze na původní sekvenční motiv, 5´-(GTGTGGGTGTG)-3´, ale že tuto schopnost mají i další sekvenční variace původní sekvence. Výsledky rovněž ukazují na důležitost konformační flexibility, a to jak cukerného kruhu, tak i fosfodiesterické páteře, ve specifických pozicích původní sekvence/struktury. Výsledky této práce tvoří základ pro pochopení vztahu mezi primární sekvencí DNA a její dynamickou 3D strukturou. Dále slouží pro pochopení vztahu mezi strukturou telomerického přesahu a její biologickou funkcí a pro potenciální využití G-vlásenkového motivu v biotechnologických aplikacích.

Abstract:

Because of its unique oligonucleotide composition, telomeric DNA can create, in addition to classical B-DNAs, a variety of alternative structures, such as the G-quadruplex or G-hairpin. The aim of this diploma thesis is to study the influence of nucleotide permutations and position-specific chemical modifications influencing either the flexibility of the sugar ring or the phosphate backbone, the thermodynamic stability and the rate of G-hairpin formation. A partial objective is to verify the possibilities of forming stable G-hairpin structures in RNA. Using native gel electrophoresis, CD and NMR spectroscopy, it is shown that G-hairpin formation is not limited to the original sequence motif, 5'- (GTGTGGGTGTG) -3' but that this ability has further sequence variations of the original sequence. The results also show the importance of conformational flexibility, both the sugar ring and the phosphodiester backbone, in the specific positions of the original sequence/structure. The results of this work form the basis for understanding the relationships between the primary DNA sequence and its dynamic 3D structure, as well as for understanding the relationship between the structure of telomeric overhang and its biological function and for the potential use of G-hairpin motif in biotechnology applications.

Keywords

telomerní DNA, non-B DNA, G-vlásenka telomeric DNA, G-hairpin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 12. 6. 2018
• Supervisor: doc. Mgr. Lukáš Trantírek, Ph.D.
• Reader: Mgr. Naděžda Špačková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Biophysics