Strukturní studie DNA oligonukleotidů obsahujicích abazické místo a 8-oxoguanin

Bc. Jan Zálešák

Master's thesis

Structural studies of DNA oligonucleotides containing abasic site and 8-oxoguanine

Abstract:

V této diplomové práci se zabýváme vícečetnými DNA poškozeními, tzv. klastry (multiple [clustered] damaged site). Jsou to mutagenní, vysoce cytotoxické a obtížně opravitelné modifikace DNA tvořené dvěma nebo více místy poškození v jedné helikání otočce, které vznikají působením ionizujícího záření. Jejich opravu provádí enzymy opravného mechanizmu excize bazí (base excision repair, BER) a druhy poškození, které se nejčastěji vyskytují v klastrech, jsou 7,8-dihydro-8-oxoguanin, abazické místo (2`-deoxyribosa [AP], a 2`-deoxyribonolakton [dL]) a 5,6-dihydroxy-5,6-dihydrothymin. Konkrétní zastoupení, vzájemná pozice a orientace jednotlivých poškození má zásadní vliv na rozpoznání a opravu klastru a na případné biologické důsledky neopraveného poškození. Naším cílem bylo zacelit mezeru ve vědeckém poznání v oblasti jejich struktury a jejího vlivu na procesy opravy klastrů opravnými enzymy. Pomocí protonové nukleární magnetické rezonance (1H NMR) jsme zkoumali struktury oligonukleotidů obsahující sekvence, jejichž oprava Fpg reparačním proteinem je zcela inhibována a podobné struktury, jejichž oprava probíhá bez inhibice. Tyto sekvence se lišily pouze vzájemnou polohou 8-oxoguaninu a abazického místa. Shodně obsahovaly abazické místo, AP nebo dL, ve středu sekvence a 8-oxoguanin ležel na komplementárním řetězci, vzdálen v sekvenci 3 nukleotidy v 5’ resp. 3’ směru.

Abstract:

Multiple (clustered) DNA damage sites are mutagenic, highly cytotoxic lesions, defined as two or more lesions within one helical turn of a DNA molecule, being caused by ionizing radiation and known to be very difficult to repair. Clustered lesions are repaired by base excision repair (BER) enzymes and the DNA modifications most abundant in clusters are 7,8-dihydro-8-oxoguanine, abasic sites (2`-deoxyribose [AP] and 2`-deoxyribonolactone [dL]) and 5,6-dihydroxy-5,6-dihydrothymine. Biological outcomes, recognition and repair mechanisms are strongly dependent on the type, relative position and orientation of the lesions present in the cluster. Our aim was to overcome the paucity of scientific data regarding the structure of the clusters and its impact on repair mechanisms. Using 1H NMR spectroscopy, we elucidated structures of oligonucleotides containing clusters in sequential context found to be, in one case, completely repaired by Fpg repair protein, while in another one, the repair of 8-oxoguanine was completely inhibited. These two sequences differ only in relative position of an abasic site lesion and 8-oxoguanine. The abasic site (AP or dL respectively) was located in the center of the sequence in all the studied duplexes, while 8-oxoguanine was situated 3 nucleotides on 3’ and on 5’ side, respectively, on the complementary strand.

Keywords

DNA repair, base excision repair, 8-oxoguanine, abasic site, multiple (clustered) lesions, NMR, molecular modeling

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 14. 6. 2013
• Supervisor: doc. Mgr. Lumír Krejčí, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry