Experimental characterization of deoxyribonucleotide stacking interactions

Abstract

Nucleic acids store and transmit genetic information and can form secondary struc- tures beyond the B-DNA double helix. Guanine quadruplexes (G4) occur in promoter regions and telomeres and influence DNA replication, transcription, and telomere main- tenance. The ability of analogous G4 structures to self-assemble from guanine mononu- cleotides is important for applications in materials science and nanotechnology. This thesis investigates G4 self-assembly from deoxyguanosine monophosphate (5′ -dGMP) in aqueous solution using Raman scattering, UV-Vis absorption, and electronic circular dichroism spectroscopy. The effects of concentration, temperature, and cation type are analyzed, and association models are used to determine melting temperatures and con- centration thresholds for G4 formation.

Nukleové kyseliny uchovávajú a prenášajú genetickú informáciu. Okrem kanonickej dvojzávitnice B-DNA, môžu vytvárať sekundárne štruktúry. Medzi nimi sa guanínové kvadruplexy (G4) vyskytujú v promótorových oblastiach a telomérach a ovplyvňujú repli- káciu DNA, transkripciu a udržiavanie telomér. Schopnosť samoskladby analogických G4 štruktúr z guanínových mononukleotidov má uplatnenie v materiálovej vede a nanotech- nológiách. Táto práca skúma samoskladanie G4 z deoxyguanozínmonofosfátu (5′ -dGMP) vo vodnom roztoku pomocou Ramanovho rozptylu, UV-Vis absorpčnej spektroskopie a elektronického cirkulárneho dichroizmu. Analyzuje sa vplyv koncentrácie monomérov, teploty a typu katiónu na tvorbu G4 a pomocou asociačných modelov sa určujú teploty topenia a koncentračné prahy potrebné na ich vznik.