Preparation and purification of plasmid DNAs

S rozvojem terapeutických metod v lékařství, jako jsou DNA vakcíny a genová terapie, se zvyšuje poptávka po nových postupech izolace a purifikace vysoce čisté plazmidové DNA. Nejčastěji využívanými metodami purifikace plazmidové DNA jsou metody chromatografické. V experimentální části byla provedena izolace plazmidové DNA pUC 19 metodou alkalické lýze. A následně byla provedena purifikace plazmidové DNA agarózovou gelovou elektroforézou a kapalinovou chromatografií.With the development of therapeutic methods in medicine, like are DNA vaccines and gene therapy increases demand for new processes for the isolation and purification highly pure plasmid DNA. Most often used methods of purification plasmid DNA are chromatographic methods. In experimental part of this thesis was performed isolation of plasmid pUC-19 DNA plasmid via alkalyne lysis. And purification of plasmid was performed by liquid chromatography and agarose gel electrophoresis.

Nucleic acids as terapeutic agent

S rozvojem molekulární biologie dochází i k rozvoji v onkoterapii. Hlavním směrem moderní medicíny je genová terapie. V genové terapii jsou používány dvě kategorie vektorů, a to virové vektory a nevirové vektory. K nevirovým vektorům patří plazmidy. Plazmidová DNA využívána v medicíně musí být dokonale čistá. V současnosti jsou k izolaci a purifikaci plazmidové DNA využívány hlavně chromatografické metody. Výzkum a vývoj se ale zabývá i jinými metodami, například dvoufázovými vodnými systémy a magnetickými nosiči. V experimentální části byla provedena izolace plazmidové pUC 19 DNA z kultury buněk Escherichia coli JM 109 (pUC 19) metodou alkalické lýze. Izolovaná plazmidová DNA byla purifikovaná pomocí třech metod: RNA v plazmidové DNA byla vysrážena chloridem lithným, RNA byla degradovaná imobilizovanou RNázou A a plazmidová DNA byla purifikována pomocí dvoufázového systému. Kvalita izolované plazmidové DNA byla ověřena spektrofotomericky a agarózovou gelovou elektroforézou.With the development of molecular biology development of oncotherapy proceeds. The major progress of modern medicine is gene therapy. In the gene therapy are two categeories, namely, viral vectors and nonviral vectors which are used mainly. Nonviral vectors include plasmids. Plasmid DNA used in medicine must be perfectly purified. Chromatographic methods are mainly used at present. Research and development deals with other methods for example two-phase aqueous systems and magnetic carriers. In experimental part of this thesis, isolation of pUC 19 plasmid DNA from Escherichia coli JM 109 (pUC 19) cell culture was performed via method of alkaline lysis. Quality of isolated plasmid DNA was verified spectrophotometrically and by agarose gel electrophoresis. Isolated plasmid DNA was purified using three methods: RNA in plasmid DNA was precipitated by lithium chloride, RNA was degraded by immobilized RNase A and plasmid DNA was purified using two-phase aqueous system.

PLA Synthesis in Solution

Tato práce studuje syntézy polylaktidů metodou polymerace laktidů v roztoku. Teoretická část práce pojednává o kyselině mléčné, laktidech a polylaktidech, jejich vlastnostech a výrobě. Experimentální část shrnuje a ověřuje možnosti polymerace laktidů v roztoku. Byly provedeny syntézy tzv. “solvotermální“ metodou za použití 7 rozpouštědel (toluenu, chloroformu, 1,2-dichlorbenzenu, acetonu, tetrahydrofuranu, cyklohexanu a hexanu). Za použití rozpouštědla hexanu při poměru koncentrace katalyzátoru vůči laktidu 1 : 1 000, teplotě 160 °C a reakční době 20 h byl z laktidu syntetizován polylaktid se střední viskozitní molekulovou hmotností 179 000 gmol–1.This thesis is studying PLA syntheses using polymerization of lactides in solution. Theoretical part deals with properties and production of lactic acid, lactides and polylactides. In the experimental part, possibilities of lactides polymerization in solution has been summerised and verified. Syntheses were performed via “solvothermal” method using 7 solvents (toluene, chloroforme, 1,2-chlorobenzene, acetone, tetrahydrofurane, cyclohexane and hexane). Using hexane as solvent, at concentration ratio catalyzer/lactide 1 : 1 000, polymerization temperature 160 °C and reaction time 20 h, polylactide of viscosity average molecular weight 179 000 gmol–1 was synthetized from the lactide.

Preparation and study of the reactivity of a new series of N, N'-substituted diketopyrrolopyrrole (DPP) for organic photonics

V současné době je velkým trendem vývoj materiálů schopných přeměnit sluneční energii na energii elektrickou. Touto oblastí zájmu se zabývá aplikační odvětví zvané organická fotovoltaika, které se zejména v posledních letech snaží čím dál více zavést do praxe funkční materiály organického původu. Tyto materiály se díky svým výjimečným vlastnostem a dobré stabilitě řadí do skupiny „vysoce výkonných pigmentů“ a jedním z nejvýznamnějších zástupců jsou deriváty diketopyrrolopyrrolů (DPP). V teoretické části bakalářské práce jsou charakterizovány oblasti organické elektroniky a fotoniky, deriváty diketopyrrolopyrrolů, různé syntetické přístupy molekul DPP, vlastnosti vybraných derivátů DPP a závislost těchto vlastností na použitých substituentech. Dále jsou zde popsány základní separační a analytické metody nejčastěji využívané v organické syntéze. Experimentální část bakalářské práce popisuje přípravu základního skeletu DPP obsahujícího thiofenové jednotky. Následně jsou uvedeny modifikace základních skeletů DPP pomocí N,N‘-alkylací a N,N‘-arylací.Currently, the major trend is the development of materials that could be used for transformation of solar energy into electrical energy. Organic photovoltaics studies this area of interest and especially in recent years increasingly tries to put functional materials of organic origin into practice. These materials belong to a group of "high performance pigments" due to their exceptional and relatively stable properties. One of the most important molecules are the diketopyrrolopyrroles (DPP) derivatives. The theoretical part of this bachelor work describes the organic electronics and photonics, DPP derivatives, various synthetic routes of DPP, properties of particular DPP derivatives and the dependence of their properties on the used substituents. There are described separation and analytical methods most commonly used in organic synthesis too. The experimental part describes the preparation of the backbone DPP containing thiophene units. The following are the modifications of DPP backbones with N,N‘-alkylation and N,N‘-arylation.

Study of interactions between low-molecular mass compounds and the DNA-binding domain of forkhead transcription factor FOXO3

Tato bakalářská práce je součástí projektu, jehož cílem je vývoj a studium nízkomolekulárních látek, schopných inhibovat interakci lidského transkripčního faktoru FOXO3 s DNA, obsahující specifický motiv rozpoznávaný DNA-vazebnou doménou FOXO3. FOXO3 je jedním ze čtyř zástupců FOXO třídy forkhead transkripčních faktorů, evolučně konzervovaných proteinů účastnících se mnoha významných buněčných dějů. Mezi tyto se řadí regulace buněčného cyklu, odpověď na oxidativní stres, kontrola buněčného metabolismu a apoptóza. FOXO3 hraje významnou roli v procesu kancerogeneze, kde může vystupovat jednak jako tumorový supresor, ale zároveň může svou funkcí přispívat ke zvýšení odolnosti některých nádorových buněk vůči chemoterapii. Vzhledem k biologické funkci transkripčního faktoru FOXO3 má studium jeho nízkomolekulárních inhibitorů velký význam. V této práci byla studována sloučenina S9 oxalát jako potenciální inhibitor FOXO3- DNA vazebné interakce. Cílem této bakalářské práce byla (I) příprava jak neznačené, tak 15 N značené DNA- vazebné domény (DBD) proteinu FOXO3, (II) studium interakcí mezi FOXO3 DBD a nízkomolekulárním inhibitorem S9 oxalát pomocí NMR a analýzy elektroforetické mobility, EMSA a (III) predikce vazebné konformace a interakcí mezi FOXO3 DBD a nízkomolekulárním inhibitorem pomocí metod...This bachelor thesis is part of a project focused on studying low-molecular mass compounds able to inhibit the interaction between DNA-binding domain of human forkhead transcription factor FOXO3 and the target DNA. FOXO3 is one of four members of FOXO class transcription factors which belong to forkhead family of transcription factors. Forkhead transcription factors are evolutionary conserved proteins playing important roles in numerous cellular processes. These include cell-cycle regulation, oxidative stress response, control of cellular metabolism and apoptosis. FOXO3 plays an important role in cancer cells where it acts not only as a tumor suppressor but also can enhance their resistance to chemotherapy. Considering its biological functions, the study of small-molecule inhibitors of FOXO3 transcription factor is of particular importance. This bachelor thesis was focused on compound S9 oxalate as a potential inhibitor of FOXO3-DNA interaction. Main goals of this thesis were: (I) preparation of both unlabeled and 15 N labeled DNA- binding domain of FOXO3 transcription factor, (II) characterization of interactions between FOXO3 DBD and compound S9 oxalate using NMR and electrophoretic mobility shift analysis (EMSA), and (III) prediction of binding conformation and interactions between FOXO3 DBD and...Katedra fyzikální a makromol. chemieDepartment of Physical and Macromolecular ChemistryPřírodovědecká fakultaFaculty of Scienc

Modulation of interactions between interleukins and their receptors

Skafoldy jsou proteiny s vysokou konformační stabilitou, díky kterým mohou být do určitých úseků proteinu zaváděny vícečetné mutace. I přes tyto mutace zůstává celková strukturální integrita proteinu zachována, stejně tak jeho fyzikálně-chemické vlastnosti. Mutacemi získává daný skafold nové vlastnosti, přičemž ve většině případů se jedná o vazebnou specifitu vůči předem určené molekule. Hlavní výhodou skafoldů je malá velikost, stabilita, nízká výrobní cena a snadnost přípravy. Skafold, se kterým bylo v této práci pracováno, je unikátní tím, že měl navržené dva vazebné povrchy, na kterých mohl být mutován. Každý z obou vazebných povrchů je možné nezávisle mutovat tak, aby na nich vzniklo vazebné místo pro jiný protein. V našem případě šlo o mutace vedoucí k vazbě dvou různých receptorů lidského cytokinu. Mutace se provádí pomocí kvasinkového displeje, jednou z metod řízené evoluce. Předmětem této diplomové práce je přenesení vazebných proteinů z kvasinkového expresního systému do systému bakteriálního, jejich produkce a purifikace a jejich následná charakterizace pomocí vybraných biofyzikálních metod. Pomocí těchto metod byla hodnocena stabilita struktury vazebných proteinů, jejich teplotní stabilita a vazebná afinita vůči oběma receptorům. Širším cílem projektu, jehož je tato práce součástí, je...Scaffolds are proteins with high conformational stability, allowing us to implement multiple mutations into specific parts of the protein. Even with these mutations, the structural integrity of the protein is maintained as well as its physical-chemical properties. These mutations give the specific scaffold new properties. In most cases it is the binding specificity towards previously chosen target. The biggest advantages of scaffolds are their small size, stability, low-cost manufacturing, and easiness of preparation. Scaffold utilized in this thesis is unique for having two binging surfaces designed on which it can be mutated. Each of those two surfaces can be separately mutated to develop a binging site for two different proteins. In our case these mutations led to binding two nonidentical receptors of a human cytokine. Mutations are made with a use of yeast display, one of the methods of directed evolution. The main focus of this thesis is changing an expression system of the binding proteins from the yeast system to a bacterial one, their production and purification followed by characterization of those binding proteins using biophysical methods. These methods were used to evaluate structural and thermal stability, and binding affinity to both receptors of the beforementioned binding proteins....Department of Physical and Macromolecular ChemistryKatedra fyzikální a makromol. chemieFaculty of SciencePřírodovědecká fakult

Preparation of human Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase 2 phosphorylated at Ser100 and Ser511

5 Abstract Ca2+ /calmodulin-dependent protein kinase kinases (CaMKK) are serine/threonine kinases involved in the calcium signaling pathway. Two CaMKK isoforms were described in mammals: CaMKK1 and CaMKK2. The increase in calcium concentrations induces Ca2+ /CaM binding to the C-terminal segment of CaMKK, thus relieving autoinhibition by disrupting the interaction between the autoinhibitory segment and the kinase domain. Active CaMKK then phosphorylate and activate their downstream kinases CaMK1 and CaMK4, and in the case of CaMKK2 also AMPK. The activity of CaMKK is also regulated by phosphorylation mediated by cAMP-dependent protein kinase A (PKA). This phosphorylation creates two binding motifs recognized by the regulatory 14-3-3 proteins. Previous studies have suggested that the 14-3-3 protein keeps phos- phorylated CaMKK1 in the inhibited state by blocking the dephosphorylation of the inhibitory phosphorylation site and it has been speculated that CaMKK2 is regulated in a similar manner. However, the role of 14-3-3 protein in the regulation of CaMKK2 is unclear. In order to study this protein complex, it is necessary to prepare recombinant CaMKK2 fully phosphorylated at both 14-3-3 binding motifs. The main aim of this bachelor thesis was to optimize the protocol for the phosphorylation of human CaMKK2...4 Abstrakt Ca2+ /kalmodulin-dependentní proteinkinasa kinasy (CaMKK) jsou serin/threonin kinasy, které se účastní vápníkové signální dráhy, přičemž u savců byly popsány dvě isoformy CaMKK, CaMKK1 a CaMKK2. Při zvýšení intracelulární koncentrace vápenatých kationtů dochází k aktivaci CaMKK prostřednictvím vazby komplexu Ca2+ /kalmodulin na C-koncový segment CaMKK, což uvolní autoihibici přerušením interakcí autoinhibičního segmentu s aktivním centrem kinasy. Aktivované CaMKK následně fosforylují a aktivují proteinkinasy CaMK1 a CaMK4 a v případě CaMKK2 i AMPK. Aktivita CaMKK je dále regulována prostřednictvím fosforylace cAMP-dependentní proteinkinasou A (PKA). Tato fosforylace vytvoří dva vazebné motivy, které jsou rozpoznány regulačními proteiny 14-3-3. Předchozí studie ukázaly, že protein 14-3-3 udržuje fosforylovanou CaMKK1 v inhibovaném stavu tím, že blokuje defosforylaci inhibičního fosforylačního místa. Předpokládá se, že i CaMKK2 by mohla být regulována podobným způsobem. Nicméně úloha vazby proteinu 14-3-3 v regulaci CaMKK2 je nejasná. Pro studium tohoto komplexu je však nutné připravit rekombinantní CaMKK2, která bude plně fosforylována na obou 14-3-3 vazebných motivech. Hlavním cílem této bakalářské práce bylo optimalizovat protokol pro fosforylaci lidské CaMKK2 (rezidua 93-517) obsahující pouze...Department of Physical and Macromolecular ChemistryKatedra fyzikální a makromol. chemiePřírodovědecká fakultaFaculty of Scienc

Plasmid DNA interactions with lanthanoide compounds

V teoretické části bakalářské práce byl vypracován přehled literatury o izolaci a purifikaci plasmidové DNA, využití lanthanoidů jako neenzymatických nukleas a praktický význam sloučenin lanthanoidů v medicíně. V praktické části práce byla izolována plasmidová DNA pUC19 metodou alkalické lýzy. Izolované plasmidová DNA byla štěpena při 70 °C v různých časových intervalech chloridem neodimitým. K vyhodnocování experimentů byla použita gelová elektroforéza.In the theoretical part of bachelor thesis, literature was summarised on the isolation and purification of plasmid DNA, the application of lanthanides as non enzymatic nucleases and practical importance of lanthanide compounds in medicine. In the experimental part of the thesis, plasmid DNA pUC19 was isolated by the method of alkaline lysis. Isolated plasmid DNA was cleaved by neodymium trichloride at 70 °C in different intervals. Gel electrophoresis was used for evaluation of experiments.

Structural characterization of selected random protein sequences with high disorder content

An infinitesimal fraction of the practically infinite sequence space has achieved enormous functional diversity of proteins during evolution. Intrinsically disordered proteins (IDPs) which lack a fully defined three-dimensional structure are the most likely precursors to today's proteins because of their flexible conformation and functional diversity. But how have these proteins evolved into often rigid and highly specialized protein structures? This evolutionary trajectory has the greatest support in the theory of induced fold whereby the development of the structure was mediated by the interaction and coevolution of primordial unstructured proteins with different cofactors or RNA molecules. Although some random sequences from the sequence space which is not used by nature are also able to form folded proteins the more suitable candidates for evolution of structure and function appear to be random sequences with a high content of disordered which have low aggregation propensity. The selected random protein sequences with high disorder content have been structurally characterized in this work for their further use in evolutionary studies. Three artificial proteins were selected from a random-sequence library based on previous study in our laboratory. In the present work they were purified and...Nepatrná část prakticky nekonečného sekvenčního prostoru dosáhla během evoluce obrovské funkční rozmanitosti proteinů. Jako nejpravděpodobnější předchůdci dnešních proteinů jsou díky konformační rozmanitosti a funkční promiskuitě považovány vnitřně neuspořádané proteiny (IDPs), které nezaujímají plně definovanou trojrozměrnou strukturu. Jak se však tyto proteiny dále vyvíjely do mnohdy rigidních a vysoce specializovaných proteinových struktur? Tato evoluční trajektorie nachází největší podporu v teorii indukovaného foldu, podle které byl vývoj struktury zprostředkován interakcí a koevolucí primordiálních nestrukturovaných proteinů s různými kofaktory či molekulami RNA. Ačkoli jsou některé náhodné sekvence z přírodou nevyužívaného sekvenčního prostoru také schopny tvořit funkční proteiny se sekundární a terciální strukturou, jako vhodnější kandidáti pro vývoj struktury a funkce se dnes zdají být náhodné sekvence s vysokým obsahem neuspořádanosti, které mají nižší tendenci k agregaci. Právě vybrané náhodné proteinové sekvence s vysokým obsahem neuspořádanosti byly v této práci strukturně charakterizovány pro jejich další využití při evolučních studiích. Na základě předchozí studie v naší laboratoři byly vybrány tři arteficiální proteiny z knihovny náhodných sekvencí. Ty byly v předkládané práci...Department of BiochemistryKatedra biochemieFaculty of SciencePřírodovědecká fakult

Production and characterisation of human C1 inhibitor and Plasmodium falciparum PfMSP3.1 recombinant proteins for structural studies

PfMSP3.1 is one of the surface proteins of the intracellular parasite Plasmodium falciparum, which causes malaria. As one of the evasion strategies of the immunity system of the human host this protein interacts with one regulator of the complement system - C1 inhibitor. Determining the exact binding site and its structural assessment would help to better understand the interaction between the parasite and the host, which is necessary for the disease progression and thus for the development of a potential therapy. In the theoretical part of the thesis, the life cycle of Plasmodium falciparum, the role of the parasite stage called merozoite, the role of its surface proteins, including merozoite surface protein 3, in the attack of red blood cells by the parasite, are described in more detail. It also briefly describes the complement system, its activation pathways and the regulation of these pathways. The experimental part includes the cloning of plasmids to produce C1 inhibitor and various forms of merozoite surface protein PfMSP3.1, transfection of S2 insect cells with these plasmids, subsequent protein expression in S2 cells and their purification. In the second half of the experimental part, we tried to create complexes of C1 inhibitor with individual PfMSP3.1 forms and an attempt to crystallize...PfMSP3.1 je jedním z povrchových proteinů intracelulárního parazita Plasmodium falciparum, který způsobuje malárii. Protein v rámci strategie úniku parazita před imunitním systémem lidského hostitele váže jeden z regulátorů systému komplementu - C1 inhibitor. Zjištění přesného místa vazby a jeho strukturální stanovení by napomohlo k pochopení interakce mezi parazitem a hostitelem, která je důležitá pro rozvoj nemoci, a tím i pro návrh možné terapie. V teoretické části práce je přiblížen životní cyklus Plasmodia falciparum, role vývojového stádia parazita zvaného merozoit, jeho povrchových proteinů a s tím i přímo merozoitového povrchového proteinu 3 při napadání červených krvinek parazitem. Dále je v ní stručně popsán systém komplementu, jeho aktivace a regulace. Experimentální část zahrnuje klonování plasmidů pro tvorbu C1 inhibitoru a různých forem povrchového proteinu merozoitu PfMSP3.1, transfekci S2 hmyzích buněk těmito plasmidy, následnou expresi proteinů v S2 buňkách a jejich purifikaci. V druhé polovině experimentální části byly provedeny pokusy o vytvoření komplexů C1 inhibitoru s jednotlivými formami povrchového proteinu merozoitu PfMSP3.1 a krystalizaci tohoto proteinu. Klíčová slova Proteinová exprese, inhibice enzymů, krystalizace proteinů, malárie. komplement, C1 inhibitorKatedra biochemieDepartment of BiochemistryFaculty of SciencePřírodovědecká fakult