Study of structural features of single stranded DNA by biophysical techniques and crystallography

Abstract

Ve všech doménách života je DNA základní molekolou, její úloha v dědičnosti je dobře etablovaná. Ačkoliv její proslavená dvojšroubovicová komplementární forma je nenahraditelná pro replikační mechanismus, může i tak zaujímat širokou škálu konformačních rodin. V dřívějších pracích studované jednovláknové bakteriálním Repetitivním Extragenním Palindromickým (REP) sekvencím příbuzné DNA oligomery vykazovali komplexní spektrální profil zahrnující dvojšroubovice, vlásenky a tetraplexy. Studie předkládané v této práci rozšiřují měřítko analyzovaných sekvencí a mapují konformační prostor s REP příbuznými oligonukloetidy s použitím cirkulárního dichroismu a krystalografie. Spektrální data a krystalové struktury tří oligonukleotidů jsou reportovány. Všechny tři varianty krystalizovali do duplexové formy se dvěma po sobě jdoucími T-T páry v centrální části. Pro vylepšení rafinačního procesu krystalových struktur byly použity nové dinukleotidové konformační třídy, NtC. Klasifikace pomocí NtC byla použita také k analýze vybraných nekanonických párů v krystalových strukturách získaných z PDB. Následně byl měřen fit mezi geometrií nukleotidů zapojených v nekanonických párech a NtC třídami, tento fit byl dále korelován s elektronovou hustotou analyzovaného dinukleotidu. Tento nový typ měřítka kvality odhalil, že...

DNA is the fundamental molecule in all domains of life, its role in heredity is well established. Although the famous double helical complementary form is indispensable for replication mechanism DNA can occupy wide range of conformations. In the past studies performed in the laboratory, DNA oligomers related to single stranded bacterial Repetitive Extragenic Palindromic (REP) showed spectral behavior suggesting complex equilibria including double helical, hairpin, and tetraplex conformations. The studies presented in this thesis extended the scope of analyzed sequences and employed circular dichroism spectroscopy and X-ray crystallography. We report spectral data and X-ray structures of three successfully crystalized oligonucleotides. All three structures acquire double helical architecture with two consecutive T- T mismatches in the center. To improve the convergence of the refinement process of the crystal structures we used novel dinucleotide conformational classes, NtC classes. The NtC class classification was also used to analyze geometries of selected non-canonical base pairs in all DNA crystal structures in the Protein Data Bank. We measured the fit between geometries of the dinucleotides involved in the non-canonical base pairing and the NtC classes and correlated this fit to the electron...