High-performance NMR combining β-detection and hyperpolarization for G-Quadruplex structure and dynamics studies

高性能 NMR 结合 β 检测和超极化,用于 G-四链体结构和动力学研究

基本信息

项目摘要

Due to their biological relevance and overall applicability as biomolecular tools, quadruplex nucleic acids (G4) have reached the academic spotlight in recent years. Compared to their well-known counterpart, double-helical DNA, these structures are comprised of stacks of four Guanosine-nucleotides arranged in a tetrad which are coordinated to a central monovalent cation such as Na+ or K+. It is this central counter-ion which will allow researchers a new and mostly neglected perspective on G4-folding and dynamics using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy. Up until now such attempts are hampered by broad and low sensitivity of metal-ion NMR resonances resulting in 1H NMR as the method of choice in G4-studies. Within this project, we want to introduce a new approach in alkali-based NMR to push the technique’s detection limits. Using laser-induced hyperpolarization of metal nuclei and β-detection of nuclear decay of unstable nuclei sensitivity enhancements of up to 10 orders of magnitude can be achieved, thus enabling us a unique view on G-quadruplexes in NMR-spectroscopy. Furthermore this technique will allow us a real-time approach towards the folding of G4 and the dynamics governing the process which is so far difficult to achieve with conventional NMR techniques.
四链体核酸(G4)由于其生物学相关性和作为生物分子工具的全面适用性,近年来已成为学术界的热点。与它们众所周知的对应物双螺旋DNA相比,这些结构由排列在四分体中的四个鸟苷核苷酸的堆叠组成,所述四分体与中心单价阳离子如Na+或K+配位。正是这种中心反离子将使研究人员能够使用核磁共振(NMR)光谱对G4折叠和动力学进行新的且大多被忽视的视角。到目前为止,这种尝试受到金属离子NMR共振的宽和低灵敏度的阻碍,导致1H NMR作为G4研究中的选择方法。在这个项目中,我们希望引入一种基于碱的NMR的新方法,以提高该技术的检测极限。使用激光诱导的金属核超极化和不稳定核的核衰变的β-检测,可以实现高达10个数量级的灵敏度增强,从而使我们能够在NMR光谱中对G-四链体有独特的看法。此外,这种技术将使我们能够实时的方法对G4的折叠和动态管理的过程,这是迄今为止难以实现与传统的NMR技术。

项目成果

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Time-Dependent Hydrogen Bond Network Formation in Glycerol-Based Deep Eutectic Solvents.
Simulations of electric field gradient fluctuations and dynamics around sodium ions in ionic liquids.
离子液体中钠离子周围电场梯度波动和动力学的模拟
  • DOI:
    10.1063/5.0126693
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
    Gimbal-Zofka;Dziubinska-Kühn;Kowalska;Wesolowski;Rumble
  • 通讯作者:
    Rumble
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