Sekvence tvořící G-kvadruplexy v lidském genu a jeho homolozích pro amyloid beta prekursor
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
APP gen kóduje transmembránový protein amyloid beta prekursor, který je exprimován v mnoha typech buněk, včetně neuronů. Jeho funkce nebyly zatím zcela popsány, je ale zřejmé, že u něj probíhá štěpení před exportem do extracelulárního prostoru. Dochází k jeho degradaci po různých rozkladných drahách a homodimerizaci, při které mohou vzniknout částice s protektivní funkcí neuronů stejně tak jako fragmenty, které jsou toxické a způsobují smrt nervových buněk. Vznik škodlivých amyloidních beta plaků a jejich hromadění mezi neurony v mozku je úzce spjato se vznikem a postupem Alzheimerovy choroby, neurodegenerativního onemocnění mozku projevujícího se smrtí a ztrátou neuronů, která vede k nástupu demence, tedy ztráty kognitivních funkcí. V současné době existuje mnoho výzkumů, které se zabývají souvislostmi mezi neurodegenerativními onemocněními a výskytem G-kvadruplexů v genech, které jsou zapojeny do projevů nemocí. G-kvadruplexy jsou nekanonické sekundární struktury nukleových kyselin DNA a RNA, které vznikají v oblastech bohatých na guanin. Jsou významné především z hlediska jejich spojitosti s biologickými procesy jako je regulace genové exprese v genech a převážně v onkogenech, protože se vyskytují ve významných oblastech genu jako je promotor. Je možné je stabilizovat malými molekulami, a právě této schopnosti je využíváno ve výzkumu terapeutické léčby různých onemocnění. Ke zjištění důležitosti vyplývající z lokalizace a konzervovanosti G-kvadruplexů vyskytujících se v lidském APP genu, byla provedena bioinformatická analýza jak genu člověka, tak 346 dalších genových homologů. Pro tento účel byl použit program G4Hunter, který poskytl informace o nalezených sekvencích s potenciálem tvořit G-kvadruplex, jako je jejich umístění či G4Hunter skóre. Dále byla provedena in vitro analýza pomocí činidla thioflavin T, která otestovala schopnost nalezených sekvencí tvořit G-kvadruplexy za fyziologických podmínek. Výsledky potvrdily přítomnost a evoluční důležitost G-kvadruplexů nalezených v APP genu Homo sapiens a jejich schopnost skládat se v přítomnosti solí jako je sodík a draslík do kvadruplexních struktur.
The APP gene encodes the transmembrane protein amyloid beta precursor, which is expressed in many cell types, including neurons. Its functions have not yet been fully described, but it is clear that it is being cleaved before being exported to the extracellular space. It is degraded by various degradation pathways also undergoes homodimerization, which can produce particles with protective neuronal function as well as fragments that are toxic and cause nerve cell death. The formation of harmful amyloid beta plaques and their accumulation among neurons in the brain is closely linked to the onset and progression of Alzheimer's disease, a neurodegenerative brain disease manifested by death and loss of neurons, which leads to dementia, i.e. loss of cognitive functions. There is currently a lot of research that deals with the links between neurodegenerative diseases and the occurrence of G-quadruplexes in genes that are involved in disease manifestations. G-quadruplexes are non-canonical DNA and RNA nucleic acid secondary structures that arise in guanine-rich regions. They are important mainly in terms of their connection with biological processes such as the regulation of gene expression in genes and mainly in oncogenes because they occur in important regions of the gene such as the promoter. It is possible to stabilize them with small molecules, and it is this ability that is used in research into the therapeutic treatment of various diseases. A bioinformatics analysis of both the human gene and 346 other gene homologs was performed to determine the importance of G-quadruplexes localization and conservation in the human APP gene. For this purpose, the G4Hunter program was used, which provided information about the found sequences with the potential to form a G-quadruplex, such as their location or G4Hunter score. In vitro analysis was performed using thioflavin T reagent, which tested the ability of the found sequences to form G-quadruplexes under physiological conditions. The results confirmed the presence and evolutionary importance of G-quadruplexes found in the APP gene of Homo sapiens and their ability to assemble into quadruplex structures in the presence of salts such as sodium and potassium.
The APP gene encodes the transmembrane protein amyloid beta precursor, which is expressed in many cell types, including neurons. Its functions have not yet been fully described, but it is clear that it is being cleaved before being exported to the extracellular space. It is degraded by various degradation pathways also undergoes homodimerization, which can produce particles with protective neuronal function as well as fragments that are toxic and cause nerve cell death. The formation of harmful amyloid beta plaques and their accumulation among neurons in the brain is closely linked to the onset and progression of Alzheimer's disease, a neurodegenerative brain disease manifested by death and loss of neurons, which leads to dementia, i.e. loss of cognitive functions. There is currently a lot of research that deals with the links between neurodegenerative diseases and the occurrence of G-quadruplexes in genes that are involved in disease manifestations. G-quadruplexes are non-canonical DNA and RNA nucleic acid secondary structures that arise in guanine-rich regions. They are important mainly in terms of their connection with biological processes such as the regulation of gene expression in genes and mainly in oncogenes because they occur in important regions of the gene such as the promoter. It is possible to stabilize them with small molecules, and it is this ability that is used in research into the therapeutic treatment of various diseases. A bioinformatics analysis of both the human gene and 346 other gene homologs was performed to determine the importance of G-quadruplexes localization and conservation in the human APP gene. For this purpose, the G4Hunter program was used, which provided information about the found sequences with the potential to form a G-quadruplex, such as their location or G4Hunter score. In vitro analysis was performed using thioflavin T reagent, which tested the ability of the found sequences to form G-quadruplexes under physiological conditions. The results confirmed the presence and evolutionary importance of G-quadruplexes found in the APP gene of Homo sapiens and their ability to assemble into quadruplex structures in the presence of salts such as sodium and potassium.
Description
Citation
STRÁNSKÁ, A. Sekvence tvořící G-kvadruplexy v lidském genu a jeho homolozích pro amyloid beta prekursor [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie pro medicínské aplikace
Comittee
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (místopředseda)
doc. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-06-21
Defence
1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem bakalářské práce.
2. Byly přečteny posudky na bakalářskou práci.
3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři.
Diskuse:
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D.
Jak dlouhé byly oligonukleotidy, které jste používali při měření?
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D.
Co vám ukazuje změna intenzity fluorescence? Existuje závislost intenzity fluorescence s počtem kvadruplexů? Měřili jste také dobu života fluorescence?
Studentka výborně odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Studentka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení