Презентация — Исследование G-квадруплексов ДНК

1. Учебная практика по получению первичных навыков научно-исследовательской работы «Исследование G-квадруплексов ДНК»

Выполнил студент 3 курса бакалавриата
(группа 23.Б26-фз)
Телегин Александр Михайлович
Научный руководитель:
Соколов Пётр Александрович

2.

Актуальность исследования G-квадруплексов
G-квадруплексы могут образовываться в теломерных и регуляторных
участках ДНК. Поэтому исследуют их возможную роль в работе клетки.
Некоторые из этих участков связаны с генами, которые контролируют деление
клеток. Поэтому G-квадруплексы рассматриваются как возможные мишени
для противоопухолевой терапии.
Структура G-квадруплексов зависит от условий среды. Это свойство
используется при разработке биосенсоров — устройств для обнаружения
определённых веществ.

3.

Структура G-квадруплексов
G-квадруплексы — это структуры ДНК, образованные четырьмя участками,
богатыми гуанином, одной или нескольких цепей ДНК.
Основным структурным элементом является Gквартет, состоящий из четырёх гуаниновых
оснований, соединённых восемью водородными
связями Хугстина.
G-квадруплекс включает как минимум два Gквартета, расположенных друг над другом и
соединённых петлями из промежуточных
нуклеотидов.
Рис. 1. Структура G-квартета (по [2])

4.

Влияние ионов Na⁺ и K⁺ на G-квадруплексы
Катионы Na⁺ и K⁺ располагаются в центральном
канале между G-квартетами, взаимодействуют с
атомами кислорода гуанина и стабилизируют
структуру. Na⁺ может находиться и вблизи
плоскости квартета, а K⁺ — между соседними
квартетами.
Направление G-богатых участков и расположение
петель определяют пространственную
организацию. Для теломерной ДНК при Na⁺
характерна антипараллельная форма, а при K⁺
наблюдаются также параллельные и гибридные
формы.
Рис. 2. Структуры человеческих теломерных G4: (a) Na⁺, ЯМР (PDB ID: 143D); (b) K⁺, рентгеноструктурный
анализ (PDB ID: 1KF1); (c) K⁺, ЯМР (PDB ID: 2GKU) (по [4])

5.

Аптамер AS1411
Аптамеры — короткие одноцепочечные молекулы ДНК или РНК, которые образуют
определённую пространственную структуру и связываются с молекулярными мишенями.
AS1411 — G-богатый ДНК-аптамер из 26 нуклеотидов. Он может образовывать несколько
вариантов G-квадруплексной структуры.
5′-GGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG-3′
Основной молекулярной мишенью AS1411 является нуклеолин — белок, преимущественно
находящийся в ядрышке клетки, но присутствующий также на её поверхности. В опухолевых
клетках содержание нуклеолина часто повышено.
AS1411 связывается с нуклеолином и изучается как возможное противоопухолевое средство, а
также для адресной доставки лекарственных соединений.
Точный молекулярный механизм связывания AS1411 с нуклеолином до конца не установлен.

6.

Материалы и методы
Приготовленные растворы — по 1 мл каждый
Общий компонент: 100 мкл раствора NaHCO₃ в каждом образце.
Референс (без ДНК): 100 мкл 0,5 М NaCl + 800 мкл воды.
AS1411 + NaCl: 50 мкл раствора AS1411 + 100 мкл 0,5 М NaCl + 750 мкл воды.
AS1411 + KCl: 50 мкл раствора AS1411 + 100 мкл 0,5 М KCl + 750 мкл воды.
Конечные концентрации: NaCl или KCl — 50 мМ, NaHCO₃ — 10 мМ; pH ≈ 7,3.
Метод исследования — УФ-спектрофотометрия
Метод основан на измерении поглощения света раствором. Изменение оптической плотности при
нагревании позволяет изучать изменения структуры ДНК.
D = lg(I₀/I) = εCl,
I₀ — интенсивность падающего света; I — прошедшего; ε — молярный коэффициент экстинкции; C —
концентрация; l — толщина поглощающего слоя.
Условия измерений: λ = 200–450 нм; T = 10,1–80,1 °C

7.

Выбор рабочей длины волны
После вычитания референса сравнивали
средние значения D при низких и высоких
температурах.
ΔD(λ) = |Dн(λ) − Dв(λ)|
Dн: 10,1–15,1 °C
Dв: 70,1–80,1 °C
NaCl: максимум при 294 нм; при 296 нм
изменение меньше максимума лишь на
4%.
KCl: максимум при 296 нм.
Рис. 3. Зависимость изменения оптической плотности от длины
волны для растворов AS1411 с NaCl и KCl.
λ = 296 нм
Рабочая длина волны

8.

Модель температурной зависимости D₂₉₆(T)
Равновесие между свёрнутой и развёрнутой формами: