Dattatraya Ukale on väitöstutkimuksessaan valmistanut DNA-oligonukleotideja, eli lyhyitä yksinauhaisen DNA:n pätkiä, joissa yksi emäsosa on korvattu aromaattisella organoelohopearakenteella. Näiden rakenteiden pariutuminen luonnollisten nukleiinihappoemästen kanssa perustuu elohopean ja typen väliseen sidokseen ja poikkeaa ratkaisevasti luonnollisesta Watson–Crick-emäspariutumisesta. Jotkin valmistetuista organoelohopeaoligonukleotideista sitoutuivat luonnollisiin yksi- ja kaksinauhaisiin kohde-DNA-oligonukleotideihin huomattavasti samanpituisia muokkaamattomia oligonukleotideja lujemmin.
Vaikka nukleiinihappojen merkurointi on tunnettu jo 1970-luvulta lähtien, ovat Dattatraya Ukalen väitöstutkimuksessa valmistetut oligonukleotidit ensimmäiset, joissa organoelohopeayksikkö on liitetty ennalta määrättyyn kohtaan DNA-ketjua.
– Tämä mahdollisti elohopeavälitteisen emäspariutumisen järjestelmällisen tutkimisen kaksois- ja kolmoiskierteisissä rakenteissa, joissa organoelohopeayksikköä vastapäätä asetettiin vuorotellen kukin luonnollisista DNA-emäksistä. Luonnollisiin emäksiin lukeutuvat adeniini, guaniini, sytosiini sekä tymiini, Ukale kertoo.
Ukalen väitöstutkimuksessa suosituimmaksi vastinemäkseksi osoittautui kaikissa tapauksissa tymiini, mikä on sopusoinnussa aiempien tutkimusten kanssa. Useissa tapauksissa organoelohopeayksikön ja tymiinin välinen elohopeavälitteinen emäspari stabiloi DNA-kaksoiskierrettä enemmän kuin luonnollinen adeniinin ja tymiinin välinen emäspari.
Mielenkiintoisin havainto tehtiin kuitenkin kolmoiskierteisessä rakenteessa, jossa kahdesti merkuroitu fenoli osana keskimmäistä nauhaa muodosti elohopeavälitteisen emäskolmikon sitoutumalla samanaikaisesti kahteen tymiiniin.
– Tämä emäskolmikko lujitti huomattavasti kolmoiskierteen kaikkien kolmen nauhan sitoutumista toisiinsa, Ukale sanoo.
Metallivälitteiset emäsparit hyödynnettävissä bio- ja nanoteknologiassa
Metallivälitteisessä emäspariutumisessa kaksi luonnollista tai keinotekoista nukleiinihappoemästä sitoutuu toisiinsa vetysidosten sijaan koordinoitumalla samaan metalli-ioniin. Tällainen pariutuminen voi huomattavasti lisätä oligonukleotidin kykyä sitoutua haluttuun kohdenukleiinihappoon ja olisi siten kiinnostava tapa lisätä esimerkiksi terapeuttisten tai diagonostiikassa käytettävien oligonukleotidien tehoa.
– Metallivälitteiset emäsparit ovat herättäneet huomattavaa mielenkiintoa viime vuosikymmeninä mahdollisten bio- ja nanoteknologisten sovellusten takia. Ongelmana on kuitenkin metallivälitteisten emäsparien alhainen pysyvyys hyvin laimeissa vesiliuoksissa, kuten solun sisällä, Ukale kertoo.
Nyt kehitetyissä organoelohopeaoligonukleotideissa ongelma on ratkaistu sitomalla elohopea-ioni elektronegatiivisen atomin, kuten hapen tai typen, sijasta hiiliatomiin. Muodostunut organometallinen sidos pitää elohopeaionin paikoillaan laimeissakin vesiliuoksissa ja mahdollistaa näin metallivälitteisen emäspariutumisen hyödyntämisen biologisissa sovelluksissa.
***
MSc Dattatraya Uttam Ukale esittää väitöskirjansa ” Recognition of single- and double-stranded nucleic acids by covalently mercurated oligonucleotides” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa tiistaina 2.3.2021 klo 12.00. Väitöstilaisuutta voi seurata etäyhteydellä.
Vastaväittäjänä toimii professori Jens Müller (Münsterin yliopisto) ja kustoksena apulaisprofessori Tuomas Lönnberg (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on kemia.
Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus
Väittelijän yhteystiedot: datuka@utu.fi, p. +358 40 853 3968
