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Simulation of light-control DNA binding and damage
Davide Avagliano
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Chemie)
Betreuer*in
Leticia González
DOI
10.25365/thesis.69747
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11119.73086.742731-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Desoxyribonukleinsäure, bekannt als DNA, ist eines der wichtigsten Moleküle für unser Leben, da sie den genetischen Code und damit die notwendigen Informationen für die Funktionalität unseres Organismus speichert. Wenn DNA mit äußeren Stoffen wie kleinen Molekülen oder Reizen wie Lichtbestrahlung wechselwirkt, kann sie bschädigt werden, was zu schwerwiegenden Problemen führen kann. Gleichzeitig kann dieselbe Wechselwirkung dafür genutzt werden, die Reproduktion bereits geschädigter Teile des genetischen Codes zu unterbinden und diese zu eleminieren. Daher stellen sowohl die Bindung von DNA an fremde Moleküle als auch die Untersuchung der Reaktion der Makromoleküle auf äußere Reize wie Lichtbestrahlung ein aktives und attraktives Forschungsfeld dar. Die Ziele dieser Studien sind nicht nur therapeutischer Natur. Von ebenso großer Bedeutung ist es, immer mehr Informationen über die Eigenschaften von der DNA zu gewinnen und zusätzlich neue mögliche Strukturen -- wie bespielsweise die sogenannten G-Quadruplexe -- zu identifizieren und zu charakterisieren.
In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene modernste computerbasierte Methoden angewandt, um DNA-Bindungen und DNA-Schäden zu untersuchen. Klassische und hybrid quantenmechanisch/klassische Simulationen wurden verwendet, um den Wechselwirkungsmechanismus einer Familie von Stoffen, genannt Spiropyran, zu untersuchen, von denen bekannt ist, dass sie nach einer lichtregulierten Isomerisation an die DNA binden. Die Arten der Bindungen zwischen verschieden Derivaten und verschiedenen DNA Strukturen wurden charakterisiert. Ein rechnerisches Ad-hoc-Protokoll wurde angewandt, um die Absorptionsspektren von verschiedenen Ligand-DNA Komplexen zu simulieren und zu charakterisieren, um die Rolle der Liganden in möglichen lichtinduzierten Beschädigungsprozessen zu verstehen. Lichtinduzierte Schäden waren auch im Fokus einer gemeinsamen experimentell-rechnerischen Studie, in der die Rechnungen einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Fotooxidation in der Gasphase von DNA Derivaten lieferten. Zusammenfassend bietet diese Arbeit einen kollektiven Einblick in DNA-Bindungen und DNA-Schäden, sowohl durch kleine Binder oder Lichtbestrahlung als auch durch die Kombination der beiden.
Abstract
(Englisch)
The deoxyribonucleic acid, known as DNA, is one of the most important molecules in our life, as it stores the genetic code and thus the information needed for the functionality of our organism. When DNA interacts with external agents, like small molecules, or stimuli, like light irradiation, it can be damaged, leading to severe problems. At the same time, these very same interactions can be exploited to stop the reproduction of damaged fractions of genetic code and kill those fragments. Consequently, binding the DNA with external molecules and studying the response of the macromolecule to light irradiation represents an active and attractive field of research. The purpose of these studies is not only therapeutical. It is of equal importance to gain deeper understanding about the properties of DNA, as well as to identify and characterise new possible structures, like the so-called G-quadruplex. In the present thesis, different state-of-the-art computational techniques were applied to study DNA binding and damage. Classical and hybrid quantum/classical simulations were used to study the interaction mechanism of a family of compounds, called spiropyran, known to bind the DNA after a light-controlled isomerization. The binding modes between different derivatives and different DNA structures were characterized. An ad-hoc computational protocol was applied to simulate and characterise the absorption spectra of several ligand-DNA complexes, to understand the role of the ligands in possible light-induced damaging processes. Light-induced damage was also the focus of a joint experimental-computational study, where the calculations provided an important contribution in the understanding of the photo-oxidation in gas phase of DNA derivatives. In summary, this thesis offers a collective insight in different mechanisms of both DNA binding and damage induced by small binders, light irradiation and a combination of the two.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
DNA computational chemistry photochemistry molecular dynamics
Schlagwörter
(Deutsch)
DNA computergestützte Chemie Fotochemie Molekulardynamik
Autor*innen
Davide Avagliano
Haupttitel (Englisch)
Simulation of light-control DNA binding and damage
Paralleltitel (Deutsch)
Simulation von Lichtkontrolle von DNA Bindung und Schäden
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
vi, 169 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Stefan Boresch ,
Elise Dumont
AC Nummer
AC16378539
Utheses ID
59343
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 419 |