Molecular dynamics simulations and coupled nucleotide substitution experiments indicate the nature of A·A base pairing and a putative structure of the coralyne-induced homo-adenine duplex

Coralyne is an alkaloid drug that binds homo-adenine DNA (and RNA) oligonucleotides more tightly than it does Watson–Crick DNA. Hud’s laboratory has shown that poly(dA) in the presence of coralyne forms an anti-parallel duplex, however attempts to determine the structure by NMR spectroscopy and X-ray crystallography have been unsuccessful. Assuming adenine–adenine hydrogen bonding between the two poly(dA) strands, we constructed 40 hypothetical homo-(dA) anti-parallel duplexes and docked coralyne into the six most favorable duplex structures. The two most stable structures had trans glycosidic bonds, but distinct pairing geometries, i.e. either Watson–Crick Hoogsteen (transWH) or Watson–Crick Watson–Crick (transWW) with stability of transWH > transWW. To narrow down the possibilities, 7-deaza adenine base substitutions (dA→7) were engineered into homo-(dA) sequences. These substitutions significantly reduced the thermal stability of the coralyne-induced homo-(dA) structure. These experiments strongly suggest the involvement of N7 in the coralyne-induced A·A base pairs. Moreover, due to the differential effect on melting as a function of the location of the dA→7 mutations, these results are consistent with the N1–N7 base pairing of the transWH pairs. Together, the simulation and base substitution experiments predict that the coralyne-induced homo-(dA) duplex structure adopts the transWH geometry

Biosynthesis and incorporation of side-chain-truncated lignin monomers to reduce lignin polymerization and enhance saccharification

Persil Çetinkol, Özgül (Dogus author)Lignocellulosic biomass is utilized as a renewable feedstock in various agro-industrial activities. Lignin is an aromatic, hydrophobic and mildly branched polymer integrally associated with polysaccharides within the biomass, which negatively affects their extraction and hydrolysis during industrial processing. Engineering the monomer composition of lignins offers an attractive option towards new lignins with reduced recalcitrance. The presented work describes a new strategy developed in Arabidopsis for the overproduction of rare lignin monomers to reduce lignin polymerization degree (DP). Biosynthesis of these 'DP reducers' is achieved by expressing a bacterial hydroxycinnamoyl-CoA hydratase-lyase (HCHL) in lignifying tissues of Arabidopsis inflorescence stems. HCHL cleaves the propanoid side-chain of hydroxycinnamoyl-CoA lignin precursors to produce the corresponding hydroxybenzaldehydes so that plant stems expressing HCHL accumulate in their cell wall higher amounts of hydroxybenzaldehyde and hydroxybenzoate derivatives. Engineered plants with intermediate HCHL activity levels show no reduction in total lignin, sugar content or biomass yield compared with wild-type plants. However, cell wall characterization of extract-free stems by thioacidolysis and by 2D-NMR revealed an increased amount of unusual C 6C 1 lignin monomers most likely linked with lignin as end-groups. Moreover the analysis of lignin isolated from these plants using size-exclusion chromatography revealed a reduced molecular weight. Furthermore, these engineered lines show saccharification improvement of pretreated stem cell walls. Therefore, we conclude that enhancing the biosynthesis and incorporation of C 6C 1 monomers ('DP reducers') into lignin polymers represents a promising strategy to reduce lignin DP and to decrease cell wall recalcitrance to enzymatic hydrolysis

Construction of amperometric biosensor modified with conducting polymer/carbon dots for the analysis of catechol

Phenolic compounds used in food industries and pesticide industry, are environmentally toxic and pollute the rivers and ground water. For that reason, detection of phenolic compounds such as catechol by using simple, efficient and cost‐effective devices have been becoming increasingly popular. In this study, a suitable and a novel matrix was composed using a novel conjugated polymer, namely poly[1‐(5‐(4,8‐bis(5‐(2‐ethylhexyl)thiophen‐2‐yl)benzo[1,2‐b:4,5‐b']dithiophen‐2‐yl)furan‐2‐yl)‐5‐(2‐ethylhexyl)‐3‐(furan‐2‐yl)‐4H thieno[3,4‐c]pyrrole‐4,6(5H)‐dione] (PFTBDT) and carbon dots (CDs) to detect catechol. PFTBDT and CDs were synthesized and the optoelectronic properties of PFTBDT were investigated via electrochemical and spectroelectrochemical studies. Laccase enzyme was immobilized onto the constructed film matrix on the graphite electrode. The proposed biosensor was found to have a low detection limit (1.23 μM) and a high sensitivity (737.44 μA/mM.cm−2) with a linear range of 1.25–175 μM. Finally, the applicability of the proposed enzymatic biosensor was evaluated in a tap water sample and a satisfactory recovery (96–104%) was obtained for catechol determination.Publisher's Versio

Molecular recognition of poly(A) by small ligands: an alternative method of analysis reveals nanomolar, cooperative and shape-selective binding

A few drug-like molecules have recently been found to bind poly(A) and induce a stable secondary structure (Tm ≈ 60°C), even though this RNA homopolymer is single-stranded in the absence of a ligand. Here, we report results from experiments specifically designed to explore the association of small molecules with poly(A). We demonstrate that coralyne, the first small molecule discovered to bind poly(dA), binds with unexpectedly high affinity (Ka >107 M−1), and that the crescent shape of coralyne appears necessary for poly(A) binding. We also show that the binding of similar ligands to poly(A) can be highly cooperative. For one particular ligand, at least six ligand molecules are required to stabilize the poly(A) self-structure at room temperature. This highly cooperative binding produces very sharp transitions between unstructured and structured poly(A) as a function of ligand concentration. Given the fact that junctions between Watson–Crick and A·A duplexes are tolerated, we propose that poly(A) sequence elements and appropriate ligands could be used to reversibly drive transitions in DNA and RNA-based molecular structures by simply diluting/concentrating a sample about the poly(A)-ligand ‘critical concentration’. The ligands described here may also find biological or medicinal applications, owing to the 3′-polyadenylation of mRNA in living cells

Azasiyanin 3 ve Türevi Bileşiklerin Üçlü Sarmal Yapıya Sahip Nükleik Asitler İle Etkileşimlerinin İncelenmesi

Üçlü DNA sarmal yapıları anti-gen ve anti-sense stratejilerinin ortaya çıkması ile önem kazanmıştır. Fakat, anti-gen stratejilerindeki en temel sorun, oluşturulan üçlü sarmal yapıların yeterince sağlam olmaması ve üçüncü dizinin kolaylıkla ikili sarmaldan ayrılmasıdır. Bu sorunun bir çözümü üçlü sarmal yapıların karalılığını bu yapılara bağlanan küçük molekülleri kullanarak arttırmaktır. Bu projenin de en temel amacı üçlü sarmal DNA yapılarına kuvvetli bir şekilde bağlanan ve bu yapıları sağlamlaştıran ilaç adayı yeni molekülleri ortaya çıkartmaktır. Proje kapsamındaki amaçlarımızdan ilki azasiyanin 3 (aza3-Azametil) bileşiğinin üçlü sarmal yapıya sahip nükleik asitler ile olan etkileşimlerini in-vitro çalışmaları ile incelemek, karakterize etmek ve azasiyanin moleküllerinin in-vivo çalışmalarda üçlü sarmal oluşturan GAA·TTC tekrar dizinini içeren maya hücrelerinde göstermiş olduğu etkiye dayanak sağlamak ve açıklık getirmektir. Bir diğer temel hedefimiz ise Azametil türevleri olan Azaetil, Azapropil ve Azaizopropil moleküllerini sentezleyerek, bu moleküllerin üçlü sarmal yapılar ile etkileşimlerini incelemek ve molekül yapısının bağlanma üzerindeki etkisini açığa çıkartmaktır. Sonuç olarak, rekabetçi diyaliz yöntemi kullanılarak azasiyaninlerin farklı nükleik asit dizinleri ve yapılarına (tekli sarmal, ikili sarmal, üçlü sarmal vb.) karşı seçicicilikleri incelenerek, bu moleküllerin üçlü sarmal yapılara karşı seçici oldukları belirlenmiştir. Yürütülen spektroskopi (UV-Vis, CD, Floresans) çalışmaları ile bu moleküllerin özellikle de benzimidazoller içerisinde Azametilin üçlü sarmal yapılara kuvvetli bir şekilde bağlandığı ve bu yapıların kararlılığını arttırdığı ortaya çıkartılmıştır. Bağlanma kuvvetinin benzimidazol halka yapısında yer alan artan zincir uzunluğu ve dallanmadan negatif etkilendiği gözlemlenmiştir. Üçlü sarmal yapı olarak belirlenen polyd(A)·polyd(T)·polyd(T)ye kuvvetli olarak bağlandığı belirlenen Azametilin hangi koşullar altında (pH, tuz, vb.) bağlandığı, bağlanma modu ve bağlanma oranı belirlenmiştir. Son olarak, termal denatürasyon deneyleri ile ayrıca Azametilin daha önceki çalışmalar sonucunda ortaya çıkarılan coralyne gibi polyd(A)·polyd(T) ikili sarmal yapısını bozarak, üçlü sarmal yapının oluşmasını sağladığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu proje ile azasiyaninlerin, özellikle de Aza5 ve Azametilin anti-gen tedavilerinde veya in-vivoda üçlü sarmal yapıları belirlemede kullanılabilecek aday moleküller oldukları ortaya çıkartılmıştır

Azasiyaninlerin Topoizomeraz Enzimleri Üzerindeki Muhtemel Etkilerinin İncelenmesi

Topoizomeraz enzimleri DNA'nın replikasyonu ve/veya transkripsiyonu sırasında DNA'nın tek zincirinde (Tip 1 topoizomeraz) veya her iki zincirinde (Tip 2 topoizomeraz) de kısa süreli kırılmalara sebep olarak, DNA'nın topolojik durumunu kontrol eden enzimlerdir. Topoizomerazların işlevlerinin yok edilmesi kanser tedavisinde kullanılan temel yöntemlerden biridir. Amaç, topoizomerazları küçük moleküller (ilaçlar) ile inhibe ederek, DNA replikasyonunu/transkripsiyonunu yani hücre bölünmesini durdurmaktır. Örneğin, Kamptotesin Topoizomeraz 1 enzimini hedefleyen etkin bir anti-kanser ajanıdır. Topoizomeraz 2 enzimini hedefleyen Etoposid, İrinotekan ve Topotekan molekülleri de kemoterapide sıklıkla kullanılmaktadır. Fakat ne yazık ki tüm bu moleküllerin yan etkileri oldukça fazladır. Bu yüzden kanser tedavisine yönelik olarak topoizomeraz enzimlerini hedefleyen yeni moleküllerin sentezlenmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Onaylanan Bütçe: Daha önce literatürde benzimidazol ve benzotiyazol yapısındaki moleküllerin de Topoizomeraz 1 ve Topoizomeraz 2 enzimlerini inhibe ettikleri rapor edilmiştir. Azasiyaninler benzimidazol ve benzotiyazol türevi bileşiklerdir. Azasiyanin 3, 4 ve 5 bileşiklerinin (Azametil, Aza4 ve Aza5) telomerik DNA dizinlerine ve poly(A) dizinine interkalasyon yolu ile bağlandığı daha önce yürüttüğümüz in-vitro çalışmaları ile açığa çıkartılmıştır. Maya hücreleri ile yürütülen in-vivo çalışmalarda ise azasiyaninler maya hücrelerinde doza bağlı olarak hücre ölümüne sebep olduklarını gözlemlenmiştir. Benzimidazol ve benzotiyazol türevi olmalarından, DNA dizinlerine interkalasyon yöntemi ile bağlanmalarından ve hücre ölümüne sebep olmalarından dolayı azasiyaninlerin potansiyel topoizomeraz inhibitörleri olduklarını düşünülmektedir. Bu proje kapsamında öncelikle Aza3 (Azametil), Aza4, Aza5, Aza6(Azaetil) ve Aza7 (Azaizobütil) bileşiklerinin Topoizomeraz 2 alfa (Topo 2?) enzimi üzerindeki etkileri çeşitli ilaç tarama kitleri kullanılarak agaroz jel sistemi ile görüntülenmek koşuluyla tayin edilmiştir. Azametil, Aza4 ve Aza5 moleküllerinin Topo 2?'nın katalitik aktivitesini düşürmede kemoterapi ajanı olarak kullanılan Etoposid?den daha etkili olduğu gözlemlenmiştir. Aza6 (Azaetil) ve Aza7 (Azaizobütil) bileşiklerinin ise Topo 2?'nın aktivitesini düşürmediği gözlemlenmiştir. Bu da benzer yapıda molekül olsalar bile, molekül yapısının enzim inhibisyon özellikleri açısından son derece önemli olduğunu göstermiştir. Azametil molekülünün Topoisomeraz 1 üzerindeki etkisi de proje kapsamında çalışılmış, fakat net bir sonuç alınamamıştır.Topoisomerases are enzymes that control DNA’s topological condition by breaking only either one strand of DNA (type1) or both strands of DNA (type2) for a short time during DNA replication and/or transcription. Inhibiting topoisomerase activity is one of the main approaches used in chemotherapy today. The main goal is to stop cell replication by inhibiting DNA replication/transcription using small molecules (drugs) that are inhibiting topoisomerases. For instance, Camptothecin, that is targeting Topoisomerase 1, is an effective anti-cancer agent. Etoposide, Irinotecan, and Topotecan that are widely used in chemotherapy, are Topoisomerase 2 inihibitors. However, all these molecules have immense adverse effects, and therefore there is still a need for the synthesis of new molecules targeting topoisomerases towards cancer treatment. Previously, it had been reported in the literature that benzimidazoles and benzothiazoles were also able to inhibit Topoisomerase 1 and Topoisomerase 2. Azacyanines are aromatic and positively charged benzimidazole and benzothiazole derivatives. We have previously shown that Azacyanine 3, 4 and 5 (Azamethyl, Aza4, and Aza5) were binding tightly to telomeric DNA and poly (A) sequences via intercalation. Further experiments with yeast cells in-vivo revealed that azacyanines were also able to trigger cell death in a dose dependent manner. Due to their benzimidazole and benzothiazole structure, their ability to bind to DNA via intercalation, and their ability to trigger cell death, we hypothesized that azacyanines might have a prominent potential of being topoisomerase inhibitors. Within the scope of this project, first the effects of Aza3 (Azamethyl), Aza4, and Aza5 molecules on Topoisomerase 2 alpha (Topo 2α) were investigated using drug screening kits via agarose gel system. It has been observed that Azamethyl, Aza4 and Aza5 were more effective in decreasing the activity of Topo 2α than the chemotherapy agent Etoposide. On the other hand, Aza6 (Azaethyl) and Aza7 (Azaisobutyl) did not decrease the activity of Topo 2α, suggesting that even the molecules have similar scaffolds, the exact molecular structure is extremely important in enzyme inhibition. The effect of Azamethyl on Topoisomerase 1 was also investigated in here, however the observed effect of Azamethyl on Topoisomerase 1 was not clear

G Dörtlü Sarmal Yapısına Sahip Telomerik Dna Dizinleri ile Azasiyaninlerin Etkileşimleri

Pek çok hücresel işlevde rol alan DNA ve RNA moleküllerinin yapılarının küçük moleküllerin bağlanması ve/veya etkileşimi ile değiştirilmesi hastalıkların tedavisinde yeni fırsatlar sunmaktadır. Kanser hücrelerindeki etkilerinin açığa çıkmasından dolayı sonyıllarda G-dörtlü sarmal yapıları ilaç geliştirme çalışmalarındaki en önemli hedeflerden birisi haline gelmiştir. Bu çalışmada azasiyanin molekülleri ile G-dörtlü sarmal yapıları arasındaki etkileşimler biyofiziksel yöntemler (UV-vis, CD, NMR, Floresans, SPR) kullanılarak karakterize edilmiş, azasiyaninlerin kuvvetli ve seçici bir şekilde G-dörtlü sarmal yapılarına bağlandığı ortaya çıkartılmıştır. Kullanılan sentezin tek basamak olması ve sonrasında ürünlerin basit bir filtrasyon işlemi ile tepkimeye giren maddelerden ayrıştırılması, azasiyanin yapılarında modifikasyon yapılarak yeni ilaç adayı moleküllerin sentezlenmesinde önemli bir avantaj sağlamaktadır

Üç Yeni İlaç Adayı Bileşiğin Sentezi, Karakterizasyonu ve İnsan Telemorik DNA’sı İle Etkileşimlerinin İncelenmesi

Bu proje kapsamında benzimidazol türevi 3 yeni bileşik sentezlenecek, karakterize edilecek ve bu bileşiklerin insan telomerik DNA dizini, tel24 ile etkileşimleri incelenecektir. Bu proje kapsamında sentezlenecek olan ilaç adayı moleküller, benzimidazol halkasında bulunan alkil grubunun uzunluğu ve türü (bütil, izobütil ve benzil) bakımından farklılık gösterecektir. Projenin en temel amacı kansere endike, insan telomerik DNA dizinlerine kuvvetli bir şekilde bağlanan yeni ilaç adayı molekülleri ortaya çıkartmaktır. Bir diğer temel amaç ise alkil grubunun, bu moleküllerin DNA telomerik dizinlerine bağlanmalarını nasıl etkilediğini ortaya çıkartarak bilgi birikimi elde etmek, ve bu bilgi birikimini kullanarak akılcı ilaç tasarımının önünü açmaktır