Nové přístupy v elektrochemické analýze poškození, hybridizace a dalších interakcí DNA

Ing. Jan Vacek, Ph.D.

Doctoral thesis

Recent approaches in electrochemical analysis of damage, hybridization and interactions of DNA

Abstract:

V předkládané práci jsou prezentovány výsledky elektrochemických analýz DNA na rtuťových a uhlíkových elektrodách. Práce zahrnuje tři ucelené studie zaměřené na problematiku detekce poškození a opravy DNA, hybridizace DNA a interakcí DNA s protinádorově účinnými léčivy. První studie se zabývá využitím voltametrických metod k analýze interakcí DNA oligonukleotidů s ionty šestimocného a trojmocného chrómu. K těmto účelům byla použita visící rtuťová kapková elektroda a uhlíková pastová elektroda. Výsledky voltametrických měření jsou doplněny o elektroforetické separace produktů reakce mezi ionty chrómu a DNA. Ve druhé studii byla navržena detekce jednořetězcových zlomů v plazmidové DNA pomocí voltametrie se střídavou složkou napětí k monitorování aktivity DNA ligáz (komerční T4-DNA ligázy a rekombinantní Lig A z E. coli). Diskutovány jsou také další možnosti detekce zlomů v DNA a jiné metodologie využívané pro stanovení aktivity těchto enzymů. Třetí studie se zabývá využitím chronopotenciometrické analýzy s konstantním proudem pro detekci protinádorového agens doxorubicinu na elektrodě z pyrolytického grafitu. Studována byla interkalace doxorubicinu do DNA izolované z telecího brzlíku. Dá se předpokládat, že výsledky dosažené v disertační práci bude možné využít pro sledování různých typů interakcí a poškození DNA. Kromě toho mohou prezentované elektrochemické techniky nalézt uplatnění v detekci aktivity enzymů, které se podílí na opravě poškozené DNA.

Abstract:

In this dissertation thesis, results of electrochemical DNA analysis at mercury and carbon electrodes are presented. This work includes three self-contained studies which are focused on electrochemical detection of DNA hybridization, damage, repair and interactions with anti-cancer drugs. The first study concerns application of voltammetric methods for the analysis of DNA oligonucleotides interactions with chromium compounds. For this purpose, hanging mercury drop electrode and carbon paste electrode were used. The voltammetric data are complemented with results of electrophoretic separation of reaction products between chromium and DNA. In the second study, alternating-current voltammetry was used to detect single-strand breaks in plasmid DNA and the same technique was applied for monitoring of DNA ligases activity (commercial T4-DNA ligase and recombinant E. coli Lig A). Other methodologies for the detection of DNA strand breakage/joining and their application for the analysis of ligases activity are discussed too. The third study deals with the use of constant-current chronopotentiometric stripping analysis for the detection of an antitumor therapeutic drug – doxorubicin – at a pyrolytic graphite electrode. Intercalation of the anthracycline drug in calf-thymus DNA was studied. It is supposable that results acquired in this dissertation thesis will be useful for study of other DNA interaction and DNA damage. In addition, the presented techniques could be applied for monitoring activities of DNA processing enzymes.

Keywords

elektrochemické metody, senzory, DNA

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2009

Thesis defence

• Date of defence: 29. 5. 2009
• Supervisor: doc. RNDr. Miroslav Fojta, CSc.
• Reader: doc. RNDr. Petr Skládal, CSc., doc. RNDr. Oldřich Vrána, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology