Doktorské studium

Studijní obor Biomolekulární chemie

Název práce: Struktura a dynamika RNA

Školitel: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.

Oficiální zadání:
Předmětem disertace bude studium vybraných molekul RNA (ribosomální motivy, jejich komplexy s proteinu, a nebo ribozymy, dle aktuální situace a dohody) pomocí počítačových simulací a bioinformatiky, případně QM/MM technik. RNA patří v současné době k nejintenzívněji studovaným biomolekulám. Funkční molekuly RNA formují fascinující 3D architektury a počítačové simulace patří k základním nástrojům studia vlivu molekulových interakcí na strukturu a funkci RNA. Naše laboratoř dosáhla v této oblasti v posledních 3 letech velmi výrazných výsledků. Ribosomy jsou velké molekulární stroje, jejichž komplexita připomíná obrovskou dynamickou stavebnici LEGO. Princip funkce biomolekulárních strojů se fundamentálně liší od strojů makroskopických (mechanických), protože všechny biomolekulární stroje pracují v režimu stochastických termálních fluktuací. Naše práce například prokázaly, že klíčové RNA stavební bloky ribosomu zvané Kink-turny slouží jako flexibilní molekulární klouby přenášející rozsáhlé dynamické pohyby, při nichž dochází během syntézy bílkovin. Naše simulace poskytly unikátní náhled na strukturní dynamiku katalytických center Hepatitis Delta Virus a hairpin ribozymu a v současné době již provádíme intenzívní kvantově chemické studium katalytického mechanismu těchto molekul. Počítačovými simulacemi lze získat nové informace například o úloze nekanonických interakcí bází nukleových kyselin, hydrataci a dalších vlastnostech, a podstatným způsobem doplnit informace zjištěné rentgenovou krystalografií, fylogenetickou analýzou, a dalšími metodami. Úzce spolupracujeme se zahraničními laboratořemi, například laboratoří Prof. N.B. Leontise (BGSU, Ohio), N.G. Waltera (University of Michigan), M. Zachariase (Int. Univ. Bremen) a J. Franka (Wadsworth HHMI Ctr. Albany, a Columbia University, NY, USA) včetně vzájemných výměn studentů.


Téma je stále aktuální a v nejbližších dnech, jak budu mít více času, provedu jeho aktualizaci.


Profil současného výzkumu lze zjistit i ze seznamu publikací
http://www.ibp.cz/cs/oddeleni/struktura-a-dynamika-nukleovych-kyselin/publikace-uplny-seznam/
The main scope is the study of selected RNA molecules (ribosomals RNA, RNA-protein complexes, ribozymes) using molecular dynamics simulations and bioinformatics, or QM/MM methods. Nowadays, RNA is one of the most intensively studied biomolecules. Functional RNA molecules form amazing 3D architectures and computational approaches become the basic tools how to study influence of molecular interactions on structure and function of these RNAs. During the last three years our laboratory has achieved very interesting and significant results in this field. Ribosomes are large molecular machines with complexity evoking huge dynamical LEGO brick-box. As all biomolecular machines, ribosome works in a regime of thermal fluctuations and thus fundamentally differs from macroscopic (mechanical) machines. Our recent studies reveal that key RNA building blocks known as Kink-turn motifs act as flexible molecular hinges capable to facilitate large-scale dynamics during the protein synthesis cycle. Our simulations have also provided unique insight into structural dynamics of catalytic center of Hepatitis Delta Virus and Hairpin ribozymes while we currently pursue intense quantum mechanical studies of the catalytic mechanisms. Computational methods are able to bring novel information about the role of non-canonical interactions between individual nucleobases, hydration, cation-binding sites, energies, effects of mutations, etc., to complement data from x-ray crystallography, phylogenetic analysis and other experimental techniques.
Poznámka:
Seznam základní literatury:
F. Rázga, J. Koča, J. Šponer, N. B. Leontis Hinge-Like Motions in RNA Kink-Turns: The role of the second A-minor motif and unpaired bases. Biophys. J. 88, 2005, 3466
M. V. Krasovska, J. Sefcikova, Nl Špačková, J. Šponer and N. G. Walter Structural Dynamics of Precursor and Product of the RNA Enzyme from the Hepatitis Delta Virus as Revealed by Molecular Dynamics Simulations. J. Mol. Biol. 351, 2005, 731-748
A. Mokdad, M. V. Krasovska, J. Sponer, N. B. Leontis: Structural and evolutionary classification of G/U wobble in the ribosome. Nucl. Acids Res. 34, 1326-1341, 2006
F. Rázga, M. Zacharias, K. Réblová, J. Koča, J. Šponer: RNA Kink-turns as molecular elbows: hydration, cation-binding and large-scale dynamics. Structure 14, 2006, 825-835
M.M Rhodes, K. Reblova, J. Sponer, N.G. Walter: Trapped water molecules are essential to structural dynamics and function of a ribozyme. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 2006, 13380-13385
F. Rázga, J. Koča, A. Mokdad, J. Šponer: Elastic properties of rRNA building blocks: molecular dynamics of the GTPase-associated center rRNA. Nucl Acids Res 35, 2007, 4007
P. Banáš, L. Rulíšek, V. Hánošová, D. Svozil, N. G. Walter, J. Šponer, M. Otyepka: General base catalysis for cleavage by the active-site cytosine of the hepatitis delta virus ribozyme: QM/MM calculations establish chemical feasibility. Journal of Physical Chemistry B 112, 2008, 11177-11187

Kontakt: Kontakt: Prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc., Biofyzikální ústav AV ČR, Královopolská 135, 612 65 Brno, tel.: 541517133; fax: 420 5412 12179; e-mail: sponer@ncbr.muni.cz, http://www.ibp.cz/cs/oddeleni/struktura-a-dynamika-nukleovych-kyselin/informace-o-oddeleni


login
© 2011 Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity. tel: +420 549 49 1111, e-mail:
Všechna práva vyhrazena.
Webmaster: Alan Kuběna,
Grafický design: © 2011 Mgr. Pavel Brabec,
Obsahová struktura: © 2011 Mgr. Zuzana Kobíková
Počet přístupů: 889454 od 2.8.2011