Fluorescencyjne sondy oligonukleotydowe oparte na strukturze G-kwadrupleksu, ich charakterystyka i oddziaływanie z monowarstwą Langmuira
Loading...
Date
2019
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Fluorescent oligonucleotide probes based on the G-quadruplex structure, their characteristics and interaction with the Langmuir monolayer
Abstract
Tematyka rozprawy doktorskiej skupia się na opracowaniu i charakterystyce fluorescencyjnych sond do monitorowania jonów potasu, bazujących na strukturze G-kwadrupleksu (G4 DNA) z wykorzystaniem techniki Langmuira.
Zaprojektowano i scharakteryzowano spektroskopowo (spektrofotometria UV-vis, fluorescencja, dichroizm kołowy) oligonukleotydowe sondy fluorescencyjne, znakowane hydrofobowym ugrupowaniem (kotwica cholesterolowa) oraz znacznikami fluorescencyjnymi (FRET, py, Upy i AgNCs). Badania spektralne, potwierdziły, że tak zaprojektowane układy analityczne generują sygnał analityczny w obecności kationów metali alkalicznych i wykazują wyższą czułość w stosunku do jonów K+ (w porównaniu z jonami Na+).
Rejestracja izoterm π-A dla monowarstwy DODAB w obecności sond oraz widm fluorescencyjnych kompleksów sonda/DODAB na granicy faz woda/powietrze techniką światłowodową, pozwoliły uzyskać wgląd w procesy interakcji sonda-monowarstwa i oszacować oddziaływanie sondy z kationami metali.
Końcowym etapem badań było monitorowanie jonów K+ przy powierzchni błony biologicznej (komórki HeLa) w oparciu o najbardziej obiecujące układy sonda/DODAB (Ch(F-TBA-T), Ch(py-TBA-py)). Z sukcesem udało się zaobserwować, że badane sondy mają potencjał jako biosensory do detekcji jonów K+.
Badania zawarte w niniejszej rozprawie doktorskiej są przedsięwzięciem całkowicie nowatorskim, zarówno w aspekcie badania kwadrupleksowego DNA techniką Langmuira, jak i w obszarze prowadzenia badań fotofizycznych sond na granicy faz monowarstwa/faza wodna.
The subject of the doctoral dissertation focuses on the development and characterization of fluorescent probes for monitoring potassium ions, which are based on the G-quadruplex (G4 DNA) structure and are investigated in bulk solution as well as using the Langmuir technique. Oligonucleotide fluorescent probes labeled with a hydrophobic moiety (cholesterol anchor) and fluorescent tags were designed and their spectral properties (UV-vis spectrophotometry, fluorescence, circular dichroism) were characterized. Four transduction approaches have been used, a FRET process between two fluorophores acting as a donor/acceptor pair, an excimer emission generation by pyrene tags, a fluorescence modulation by interactions between ethynylpyrene uridine (Upy) fluorescent labels, and a generation of fluorescent silver nanoclusters (AgNCs) on a DNA matrix. To gain insight into the probe-monolayer interactions and to estimate the impact of monolayer on the probe performance with metal cations, the π-A isotherms for the DODAB monolayer in the presence of probes were analyzed and fluorescence spectra of the probe/DODAB complexes at the water/air interface were recorded with a fiber optics accessory. The final stage of the research was devoted to examine the ability the most promising probe/DODAB systems (Ch(F-TBA-T), Ch(py-TBA-py)) for anchoring at the surface of the biological membrane (HeLa cells). The research included in the presented PhD thesis is a completely novel approach considering both the study of quadruplex DNA using the Langmuir technique and the, photophysical investigation of fluorescent probes at the air/water interface.
The subject of the doctoral dissertation focuses on the development and characterization of fluorescent probes for monitoring potassium ions, which are based on the G-quadruplex (G4 DNA) structure and are investigated in bulk solution as well as using the Langmuir technique. Oligonucleotide fluorescent probes labeled with a hydrophobic moiety (cholesterol anchor) and fluorescent tags were designed and their spectral properties (UV-vis spectrophotometry, fluorescence, circular dichroism) were characterized. Four transduction approaches have been used, a FRET process between two fluorophores acting as a donor/acceptor pair, an excimer emission generation by pyrene tags, a fluorescence modulation by interactions between ethynylpyrene uridine (Upy) fluorescent labels, and a generation of fluorescent silver nanoclusters (AgNCs) on a DNA matrix. To gain insight into the probe-monolayer interactions and to estimate the impact of monolayer on the probe performance with metal cations, the π-A isotherms for the DODAB monolayer in the presence of probes were analyzed and fluorescence spectra of the probe/DODAB complexes at the water/air interface were recorded with a fiber optics accessory. The final stage of the research was devoted to examine the ability the most promising probe/DODAB systems (Ch(F-TBA-T), Ch(py-TBA-py)) for anchoring at the surface of the biological membrane (HeLa cells). The research included in the presented PhD thesis is a completely novel approach considering both the study of quadruplex DNA using the Langmuir technique and the, photophysical investigation of fluorescent probes at the air/water interface.
Description
Wydział Chemii
Sponsor
Badania wykonane w niniejszej rozprawie doktorskiej zostały finansowanie ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach dwóch grantów badawczych: Preludium nr 2015/19/N/ST4/00407 pt. „Oddziaływanie oligonukleotydowych sond fluorescencyjnych, z monowarstwą Langmuira, zawierającą nanoklastery srebra (AgNCs), na granicy faz woda/powietrze” oraz OPUS nr 2011/01/B/ST4/01188 pt. „Oligonukleotydowe sondy fluorescencyjne na granicy faz monowarstwa lipidowa/roztwór wodny. Monitorowanie gradientu stężenia jonów potasu”.
Keywords
G-kwadrupleks, monowarstwy Langmuira, sondy fluorescencyjne, detekcja jonów K+, G-quadruplex, Langmuir monolayer, fluorescent probes, detection of K+ ions