DNA och DNA/ligand interaktioner på enkelmolekylnivå
- Diarienummer
- ICA08-0012
- Start- och slutdatum
- 090910-131231
- Beviljat belopp
- 2 678 574 kr
- Förvaltande organisation
- Göteborg University
- Forskningsområde
- Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna
Summary
Vårt mål är att mekanistiskt förstå DNA och växelverkan mellan DNA och andra molekyler på enkelmolekyl nivå. Huvudmetoden kommer att vara att studera DNA i nanokanaler med fluorescensmikroskopi. Vi skall studera den lokala konformationen hos DNA i nanokanaler genom att utnyttja polarisationen hos det emitterade ljuset från det interkalerade färgämnet. Skillnaden i emission polariserad parallellt och vinkelrät mot nanonkanalens beror på hur styvt DNAt är och vi kan därför se hur styvheten påverkas av inbindning av små molekyler och proteiner. DNA. DNA är i naturen väldigt ofta i trånga utrymmen och studier i det här helt artificiella systemet kan bidra till ökad förståelse av DNA in vivo. Vi skall dessutom utveckla en snabb metod för att studera sekvensselektiv inbindning till DNA i nanokanaler utan att märka kandidatmolekylen, baserat på tävlingsexperiment. Vi skall initialt demonstrera principen för en liten molekyl som är känd för att binda hårt och sekvensselektivt till AT-rikt DNA, men har för avsikt att utöka studien till att studera DNA-bindande proteiner. Vi skall också använda en komplementär enkelmolekylteknik, optiska pincetter, för att undersöka hur rutenium-baserade ligander trär sig igenom DNA, med fokus på hur små strukturella variationer på liganderna påverkar processen. Mekanismen med vilken molekyler kan trä sig igenom DNA är av fundamental betydelse för utveckling av nya läkemedel.
Populärvetenskaplig beskrivning
Projektet kommer att vara inriktat mot att studera hur DNA växelverkar med andra molekyler och allt från små läkemedelsliknande molekyler till stora proteiner kommer att undersökas. Ett viktigt redskap i studien kommer vara att studera DNA i kanaler med tvärsnitt som är mindre än en mikrometer. När DNA introduceras i en sådan liten kanal sträcks det ut spontant längs med kanalen och genom att färga in DNAt men fluorescerande molekyler kan man studera de enskilda DNA- molekylerna en och en med hjälp av ett fluorescensmikroskop. Vi har nyligen visat att extra information om DNAts lokala konformation kan fås genom att studera hur fluorescensen är polariserad. Vi har visat att emissionspolarisationen varierar med bredden på kanalen i både grunda och lite djupare kanaler. Mycket arbete återstår dock för att helt förstå förstå hur polarisationen relaterar till DNAts lokala konformation och både experimentella och teoretiska studier ska därför fortsättas under projektets gång. Vi planerar också att använda tekniken för att förstå hur DNA påverkas vid inbindning av andra molekyler, framförallt proteiner. Vi skall därutöver utveckla en metod för att studera sekvensselektivitet hos både små ligander och proteiner i kanalerna på ett sätt som inte kräver att kandidatmolekylen behöver färgas innan studien. Genom tävlingsexperiment mellan kandidatmolekylen och den färgämnesmolekyl som binder till DNAt kan regioner med stort AT-innehåll detekteras som en sänkt emission från just dessa delar av DNAt om kandidatmolekylen föredrar att binda till AT-DNA. Metoden är sedan applicerbar på alla typer av DNA-bindande proteiner eftersom den inte kräver att proteinet färgas. Slutligen skall vi med hjälp av optiska pincetter undersöka hur en speciell typ av DNA-bindande molekyler trär sig igenom DNAt. Det är en fundamental process som är av stort intresse för design av läkemedel. Vi skall undersöka vad som är avgörande för hastigheten genom att göra små strukturella förändringar på en molekyl som binder till DNA på detta sätt.