Badania

1) Samanta Makurat, Lidia Chomicz-Mańka, Janusz Rak. Badania DFT nad radiouczulającymi pochodnymi uracylu.

5-podstawione pochodne uracylu (YX-U) mogą pełnić rolę substratów kinazy tymidynowej i polimerazy DNA, co umożliwia ich inkorporację do nowo tworzonej nici DNA podczas jej biosyntezy w komórce. Jeżeli podstawnik YX jest elektrofilowy, a wiązanie chemiczne, które tworzy z uracylem, wystarczająco słabe, przyłączenie nadmiarowego elektronu prowadzi do natychmiastowego powstawania rodnika urydylowego. Ten indukuje następnie poważne uszkodzenia DNA, takie jak pęknięcia nici czy sieciowania wewnątrz- i międzyniciowe.

1_lc-polBazując na powyższych przesłankach oraz stałych Hammeta, charakteryzujących właściwości elektrofilowe podstawników, zaproponujemy szereg nowych radiosensybilizatorów typu YX-U. Obliczenia DFT pozwolą na otrzymanie profili entalpii swobodnej indukowanej przyłączeniem elektronu dysocjacji (DEA) pochodnych uracylu. Charakterystyki te umożliwią wybranie najbardziej obiecujących połączeń do dalszych badań QM/MM, pozwalających na sprawdzenie podatności wyselekcjonowanych pochodnych na enzymatyczną fosforylację oraz możliwości ich inkorporacji do nowo syntezowanego łańcucha DNA.

2) Paweł Wityk, Mieczysław Torchała, Kinga Westphal, Justyna Wiczk, Janusz Rak. Wpływ lokalnej sekwencji na wydajność powstawania pęknięć w nici DNA znakowanej 5-bromouracylem.

5-bromouracyl (BrU) jest znanym radiosensybilizatorem, wywołującym 2-3 krotny wzrost wrażliwości komórki (in vitro) na promieniowanie jonizujące. Powszechnie uznawany mechanizm uwrażliwiającego działania BrU opiera się o indukowaną przyłączeniem elektronu dysocjację tego związku, która prowadzi do utworzenia w nici DNA reaktywnego rodnika urydylowego. Jeżeli te przypuszczenia są słuszne, lokalna sekwencja (w bezpośredniej bliskości wbudowanego BrU) oligonukleotydu, wywierająca istotny wpływ na powinowactwo elektronowe BrU, powinna zmieniać wydajność degradacji biopolimeru.

2_pw_rnr_polskiW ramach niniejszego projektu zaprojektowaliśmy kilka dupleksów DNA, znakowanych BrU i różniących się jedynie we fragmencie 5’-XBrUY (X, Y – zasady nukleinowe). Powinowactwo elektronowe badanych dupleksów zostanie oszacowane przy użyciu odpowiedniego modelu QM/MM, a wydajność powstawania pojedynczych pęknięć – określona eksperymentalnie, przy użyciu denaturującej elektroforezy żelowej PAGE, denaturującej wysokosprawnej chromatografii cieczowej (DHPLC) oraz wysokorozdzielczej spektrometrii mas. Oczekiwana, istotna korelacja pomiędzy zmierzoną liczbą pęknięć nici a obliczonym powinowactwem elektronowym będzie silnym dowodem na słuszność postulowanego mechanizmu.

3) Paweł Wityk, Miłosz Wieczór, Samanta Makurat, Lidia Chomicz-Mańka, Jacek Czub, Janusz Rak. Pojedyncze pęknięcia nici DNA wywoływane przez rodniki zasad pirymidynowych. Badanie QM/MM.

R2_PWJeśli rodniki zasad pirymidynowych powstają w DNA, mogą prowadzić do istotnych uszkodzeń biopolimeru. Chociaż pojedyncze pęknięcia nici (SSB) wywołane działaniem promieniowania jonizującego  na DNA znakowane BrU obserwowano już we wczesnych latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku, dokładny mechanizm ich powstawania wciąż pozostaje niejasny. W bieżącym projekcie zastosujemy po raz pierwszy rozbudowany model QM/MM, pozwalający prześledzić losy rodnika pirymidynowego w środowisku podwójnej nici DNA. Zastosujemy dwie odmiany hybrydowej metodologii QM/MM: ONIOM/Gaussian i metadynamikę/cp2k, aby opisać proces rozpoczynający się od rodnika pirymidynowego, a kończący się na SSB.

4) Paweł Wityk, Miłosz Wieczór, Samanta Makurat, Lidia Chomicz-Mańka, Jacek Czub, Janusz Rak. Pojedyncze pęknięcia nici DNA oraz cykliczne pochodne puryn indukowane przez rodnik zasady purynowej. Badania QM/MM.

4_pw-lastW DNA rodniki zasad purynowych (Pur•), w przeciwieństwie do pirymidynowych, mogą brać udział w przeniesieniu atomu wodoru angażującym własną resztę cukrową, co prowadzi do dysocjacji wiązania fosfodiestrowego na drodze homolitycznej. Ponadto jedynie Pur• mogą powodować powstawanie wewnątrznukleozydowych uszkodzeń w postaci cyklicznych pochodnych puryn. Tego typu reakcje będą modelowane przy pomocy metadynamiki oraz metody ONIOM.