Geometry and stability study of nucleic acids distinctive single-strand motifs

Abstract

Předmětem této práce je regulační úsek DNA, tzv. SRE (Serum Response Element), který vykazuje velmi specifické strukturní vlastnosti a jeho strukturní flexibilita pravděpodobně hraje klíčovou roli v jeho fyziologické aktivitě. Strukturní vlastnosti 16-merního SRE segmentu schopného tvořit vlásenky byly zkoumány pomocí přesných teplotně závislých měření Ramanových spekter. Jelikož strukturní stabilita oligonukleotidových řetězců úzce souvisí se stacking interakcí, byla provedena teplotně závislá měření Ramanových a UV absorpčních spekter na dinukleotidech, sloužících jako jednoduchý model pro studium této interakce. Měření byla zpracována pomocí SVD faktorové analýzy a z jejich výsledků vyplynulo, že stacking interakce závisí na pořadí bází. Pomocí fitu rovnic termodynamických rovnovah na SVD výsledky byly určeny termodynamické charakteristiky teplotně indukovaných strukturních změn komplexů tvořící smyčky a s jejich pomocí získána diferenční spektra charakterizující otevřené a uzavřené vlásenky, která umožnila bližší specifikaci geometrie těchto komplexů.

Subject of this thesis is the regulatory DNA segment, the so-called Serum Response Element (SRE), which possesses highly specific structural characteristics and its structural flexibility plays probably a key role in its physiological activity. Structural properties of 16-mer SRE segments capable to form hairpin structures were studied by means of accurate measurements of temperature dependent Raman spectra. Due to the close connection of oligonucleotide chain structural stability with the stacking interaction, temperature dependent Raman and UV absorption spectra were measured on dinucleotides serving as a simple model system for the stacking investigation. The measurements results processed by factor analysis provided characteristic spectral patterns and confirmed that stacking interaction depends on the base order. By fitting the thermodynamic equilibrium equations to the factor analysis outputs, the thermodynamic characteristics of the thermally induces structural changes in hairpinforming complexes were estimated and difference spectra characterizing opened and closed hairpins, which enable the further specification of the geometry of these complexes, were obtained.