Date of Award

12-2014

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science (MS)

Department

Chemistry

First Advisor

Alaa El din Salem

Second Advisor

Ibrahim Abdou

Third Advisor

Muna Bufaroosha

Abstract

Nucleic acids control the machinery of living cells through coding different biochemical functions. Metal ions play a critical role in inducing and stabilizing different DNA structural conformations through interacting with various sites on nucleic acids. Interactions are controlled by the relative affinity of metal ions towards the negatively charged phosphate backbone and donor nitrogen or oxygen on nucleotide bases. Several studies have investigated the interactions of metal ions with duplex and higher orders DNA conformations. These interactions vary greatly, from monovalent alkali ions that are primarily delocalized in a diffuse cloud around duplex DNA to transition metals that are directly coordinated to the nucleotide bases. The main objective in our work was to study the interaction of trivalent metal ions with human telomere random coil single strand and GQ DNAs as well as with double stranded calf thymus DNA. Understanding their mode of interactions, ability to induce secondary order DNA conformations and stabilization of resultant structure are vital goals of this study. In this work, we studied the interactions of 9 metal ions included lanthanide ions Ce3+, Sm3+, Dy3+, Gd3+, Ho3+, Tb3+ and heavy metal ions Rh3+, Os3+ and Au3+ with different DNAs. Investigations were done using UV-Vis, fluorescence and circular dichroism techniques. The study was carried out in aqueous solutions using Tris buffer, pH 7.4. Results of UV-Vis, Circular dichroism and fluorescence measurements indicated that the trivalent metal ions interact with human telomere single strand random coil and G-quadruplex DNA through guanine bases, at low concentrations. Trivalent ions vii induced transformations of random coil DNA to antiparallel G-quadruplex. Results also indicated that ct-DNA interacted with lanthanide metal ions through an intercalation binding modes and with a mixed binding mode including intercalations and electrostatic binding for Rh3+, Os3+ and Au3+ ions. The results gave insights on how trivalent metal ions affect the conformations of different DNA strands and subsequently contribute in controlling cell machinery. The results are highly importance for future designing of anticancer and anti-neurodegenerative drugs. Keywords: Calf thymus, G-

Comments

الأحماض النووية تعمل على تنظيم الخلية الحية من خلال إعطاء شفرة كودية لمختلف الوظائف البيوكيميائية وتلعب أيونات الأملاح المعدنية دورا فعالا في تكوين وتثبيت التركيبات المختلفة للأحماض النووية من خلال تفاعلها مع جينات محددة على سطح الحامض النووي. وهذه التفاعلات تتحدد بدرجة القابلية النسبية للأيونات المعدنية للارتبا مع القواعد الحمضية ومجموعات الفوسفات للحامض النووي. وقد أوضحت دراسات متعددة تفاعلات الأيونات المعدنية مع الأحماض النووية المزدوجة وذوات الأشكال المنتظمة. وهذه التفاعلات تختلف اختلافا كبيرا من الأيونات القلوية أحادية التكافؤ التي تنتشر بشكل أولي على شكل سحاب حول الأحماض النووية المزدوجة إلى الأيونات المعدنية الانتقالية التي ترتبط مباشرة بالقواعد النيتروجينية. والهدف الأساسي من هذه الأ روحة هو دراسة التفاعلات بين الأيونات المعدنية ثلاثية التكافؤ مع كل من ct-DNA ، والتوليمير البشري في صورة التركيب العشوائي ) random coil DNA ( والتركيب الرباعي ) G-quadruplex (. وفهم أشكال التفاعلات المرتبطة بهذه الأيونات ومدى قدرتها على تغيير الأشكال الثانوية للأحماض النووية وفعاليتها في تثبيت الأشكال الناتجة كان الهدف الأساسي من هذه الدراسة. شملت الدراسة تفاعلات 9 أيونات معدنية تضمنت أيونات الانثانيدات Ce3+, Sm3+, Dy3+, Gd3+, Tb3+, Ho3+ وأيونات المعادن الثقيلة , Rh3+ Au3+ Os3+ , مع مختلف الأحماض النووية. وتم دراسة التفاعلات باستخدام أجهزة الطيف فوق البنفسجي والمرئي ) UV-Vis ( والإشعاع الفلورسيني وكذلك جهاز الضوء الثنائي ذو الاستقطاب الدائري ) Circular Dichroism (. ونفذت الدراسة في المحلول المائي باستخدام ال Tris buffer وعند درجة الحموضة 7.4 أوضحت نتائج الطيف فوق البنفسجي والمرئي ) UV-Vis ( والإشعاع الفلورسيني والضوء الثنائي ذو الاستقطاب الدائري ) Circular Dichroism ( أن الأيونات المعدنية ثلاثية التكافؤ تتفاعل مع التوليمير البشري ذو التركيب العشوائي ) random coil DNA ( والتركيب الرباعي ) G-quadruplex ( من خلال قواعد ال guanine ، عند التركيز المنخفض. وأثبتت فعالية هذه الأيونات في تغيير التركيب العشوائي للأحماض النووية ) random coil ix إلى التركيب الرباعي ) )DNA G-quadruplex ( الغير متوازي. كما دلت النتائج إلى تفاعل ال ct-DNA مع أيونات اللانثانيدات المعدنية من خلال ال intercalation ومختلف أشكال الارتبا ات من ال intercalation و ال electrostatic مع الأيونات المعدنية الثقيلة. وقد حاولت الدراسة فهم الدور الذي تلعبه الأيونات المعدنية في تنظيم استنتاج/ انقسام الخلية، وكانت النتائج جيده فقد أعطت تصورا دقيقا حول الطريقة التي تساعد بها هذه الأيونات في تنظيم آلية عمل الخلية الحية. والنتائج المستخلصة من هذا العمل يمكن أن تكون ذو أهمية كبرى في المستقبل في تصميم أدوية قد تستخدم في علاج مرضى السر ان وكذلك في تدهور الخلايا العصبية.

Download
COinS