Study of structural polymorphism of mononucleotide guanine quadruplexes by optical spectroscopy methods

Abstract

Guanine quadruplexes (G-quadruplexes) are helical structures stabilized by monovalent cations, which are formed by stacking of planar guanine quartets (G-quartets). Currently, they are studied in the context of cancer research and, due to their tunnel-like nature, are also used in bionanotechnologies. This thesis studies the tendency to form mononucleotide guanine quadruplexes (mG4) in the presence of ammonium, rubidium or caesium ions and the structural properties of the resulting agglomerates compared to their formation and properties in the presence of sodium. Specifically, high-quality Raman and Raman optical activity (ROA) spectra of liquid phase samples of guanosine 5'-monophosphate (5'- rGMP) with ammonium/rubidium/caesium and sodium ions in various ratios were acquired. Part of these liquid samples was then used for the preparation and realization of drop coating deposition Raman (DCDR) measurements. Analysis of the obtained data was mainly based on the knowledge regarding the behaviour of the vibration of the carbonyl groups within the G-quadruplex and the low-frequency region in the case of Raman spectra and the terahertz region in the case of ROA spectra.

Guaninové kvadruplexy (G-kvadruplexy) jsou helikální struktury stabilizované monovalentními kationty, které vznikají vrstvením planárních guaninových kvartetů (G-kvartetů). V současné době jsou zkoumány v souvislosti s výzkumem rakoviny a pro svůj tunelový charakter navíc nacházejí uplatnění v bionanotechnologiích. Tato diplomová práce se zabývá studiem tvorby mononukleotidových guaninových kvadruplexů (mG4) v přítomnosti amonných, rubidiových nebo cesných iontů a strukturními vlastnostmi vznikajících aglomerátů ve srovnání s jejich tvorbou a vlastnostmi v přítomnosti sodíku. Konkrétně byla získána vysoce kvalitní Ramanova a ROA(Ramanova optická aktivita) spektra kapalných vzorků guanosin-5'-monofosfátu (5'-rGMP) s amonnými/rubidiovými/cesnými a sodnými ionty v různých poměrech. Část těchto kapalných vzorků byla použita pro přípravu a realizaci DCDR (Ramanova mikrospektroskopie kapkově nanášených povlaků) měření. Analýza získaných dat se v případě Ramanových spekter opírá hlavně o poznatky ohledně chování nízkofrekvenční oblasti a vibrace karbonylových skupin v G-kvadruplexu, v případě ROA spekter pak o poznatky ohledně chování terahertzové oblasti.