NMR Study of Oligonucleotide Structures

Abstract

Title: NMR Study of Oligonucleotide Structures Author: Václav Římal Department: Department of Low-Temperature Physics Supervisor: Prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc., Department of Low- Temperature Physics Abstract: The dynamics of nucleic acids plays a fundamental role in the interactions with proteins. Some processes are governed by changes in DNA stability and flexibility caused by sequence alterations or chemical modifications without substantial structural impact. We employed line-shape analysis of variable-temperature 1H NMR spectra to deeply investigate the melting transition of DNA structures. We observed a significant influence of the sequence beyond the nearest neighbours on chemical shifts and thermodynamics of the double helix. The CpG motif is especially sensitive to its distant surroundings and for a particular oligonucleotide it was even found to undergo an unexpected local conformational transition. A strong cooperativity in the duplex dis- ruption was witnessed by both the equilibrium and kinetic aspects as well as by distant effects of cytosine methylation. We propose a two-state melt- ing scheme also for a fragment of a transcription element proved here to fold as a hairpin with a six-membered loop. In addition, we describe the properties of self-assemblies of riboguanosine and...

Název práce: NMR studium oligonukleotidových struktur Autor: Václav Římal Katedra: Katedra fyziky nízkých teplot Vedoucí disertační práce: Prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc., Katedra fyziky nízkých teplot Abstrakt: Dynamika nukleových kyselin hraje zásadní roli při jejich inter- akcích s proteiny. Změny ve stabilitě a flexibilitě DNA vyvolané obměnou sekvence či chemickou modifikací ovlivňují řadu procesů i bez podstat- ného dopadu na prostorovou strukturu. Přechod spojený s táním DNA jsme podrobně studovali pomocí ana- lýzy rezonančních křivek v teplotně závislých spektrech 1H NMR. Po- zorovali jsme, že chemické posuvy a termodynamiku dvoušroubovice značně ovlivňuje sekvence bází, a to nejen nejbližších sousedů. Zvláště citlivý na vzdálenější okolí je CpG motif, u něhož v případě jednoho oligonukleotidu dokonce dochází k neočekávanému strukturnímu pře- chodu. Rovnovážné i kinetické parametry tání a daleký dosah efektu methylace cytosinu svědčí o vysoké kooperativitě při rozpadu duplexu. Dvoustavový model tání lze aplikovat i na část transkripčního elementu, která dle našich výsledků prokazatelně tvoří vlásenku se šestičetnou smyčkou. Dále jsou v práci popsány vlastnosti shlukování riboguanosin- a deoxyriboguanosin-5'-monofosfátů do vícemolekulárních komplexů. Tato...