Dr Łukasz Bielecki
lucas.bielecki@gmail.com

Pracownia Chemii Strukturalnej Kwasów Nukleinowych
Instytut Chemii Bioorganicznej Polskiej Akademii Nauk
Noskowskiego 12/14, PL-61-704 Poznań

Prezentacja badań własnych i publikacji

Moje badania prowadzone w IChB PAN i w Strasburgu, (spisane również w doktoracie i ponad 10 publikacjach) obejmowały głównie analizę konformacyjną krótkich modyfikowanych dupleksów DNA oraz różnych domen RNA, w celu oceny wpływu nietypowych elementów strukturalnych na lokalną i globalną konformację cząsteczek, przy użyciu rozmaitych strategii symulacji mechaniki i dynamiki molekularnej, jak również licznych procedur dla analizy strukturalnej wyników oraz ich wizualizacji. Symulacje oparte były na polu siłowym Amber, a do poszczególnych etapów modelowania używałem programów: InsightII, Discover, Gaussian, Resp i AMBER. Podobnych technik używałem podczas stażu podoktorskiego w pracowni prof. Westhofa w Strasburgu, gdzie modelowałem fragment pętli E 5S rRNA. Badania te miały na celu zrozumienie mechanizmów stabilizacji tej cząsteczki przez dwu- i jednowartościowe kationy oraz ich wiązania do RNA [14,15].

Znaczna część moich prac poświęcona była tworzeniu procedur i strategii optymalizacji protokołu symulacji dynamiki molekularnej, jak też późniejszej analizie i wizualizacji wyników. Do najważniejszych strategii, które rozwijałem należy opis oddziaływań warstwowych w łańcuchach kwasu nukleinowego [2,8] oraz zastosowanie statystycznej analizy skupień do oceny stopnia wewnętrznej zbieżności konformacyjnej w obrębie uzyskanych trajektorii [1] (program SAHN). Ostatnio rozwijam nowy, interesujący wariant protokołu dynamiki molekularnej zwany "termocyklerem" [12], w którym model poddawany jest cyklicznemu podgrzewaniu i schładzaniu.

Jednym z tematów moich badań był wpływ wprowadzenia do dupleksu DNA pojedynczych modyfikowanych jednostek nukleozydowych na jego strukturę globalną i lokalną. Uzyskałem interesujące wyniki symulacji dynamiki molekularnej [7,8] dla jednostek alfa-anomerycznych w aspekcie własności parowania zasad oraz ogólnej stabilności dupleksu.

Inny kierunek moich badań obejmował symulację dynamiki molekularnej oraz analizę konformacyjną cząsteczek RNA zawierających regiony jednoniciowe. Modelowymi cząsteczkami były dupleksy RNA zawierające trójnukleotydowe wybrzuszenia adenozynowe [2,3,4,10] oraz cząsteczki wywodzące się z systemu TAR RNA wirusa HIV-1. Jednym z badanych zagadnień był wpływ modyfikacji jednostek purynowych do 2-aminopuryny na dynamikę konformacyjną regionu wybrzuszonego RNA. Ponieważ 2-aminopuryna stosowana jest jako sonda fluorescencyjna (emitująca niebieski sygnał) w badaniach strukturalnych kwasów nukleinowych, ważna staje się ocena jej własności w obrębie cząsteczki kwasu nukleinowego. Wyniki sugerują, że 2-aminopuryna praktycznie nie ma wpływu na konformację RNA, jeżeli zastępuje adeninę [2,5], natomiast jej wpływ jest różny od jednostki guaninowej [5]. Podobnie badałem możliwość wiązania kationu magnezowego do regionu wybrzuszenia TAR RNA [6,11]. Wyniki modelowania ukazują kilka możliwych miejsc wiązania, natomiast aktualne nasze dane z 19F NMR sugerują brak wiązania Mg2+ do tej cząsteczki.

Innym ciekawym polem badawczym są prace nad wzorcem hydratacji RNA, szczególnie jego regionów jednoniciowych [2]. Nasze wstępne wyniki wskazują na zauważalną korelację między konformacją tych obszarów a hydratacją poszczególnych atomów w ich obrębie. Obserwacje te są zgodne z koncepcją ujmującą wodę jako integralną część struktury RNA.

Lista dotychczasowych publikacji

  1. R. W. Adamiak & L. Bielecki: An optimized protocol for in vacuo molecular dynamics simulation and trajectory analysis of modified DNA duplexes, Computational Meth. Sci. Tech. (Vol. 2) 1996, pp. 7-16.
  2. L. Bielecki, T. Kulinski & R. W. Adamiak: Structure and dynamics of adenosine loops in RNA bulge duplexes. RNA hydration at the bulge site. In: RNA Biochemistry and Biotechnology. J. Barciszewski and B. F. C. Clark (eds.), NATO ASI Series, Kluwer Academic Publishers 1999, pp. 73-87.
  3. T. Kulinski, L. Bielecki, I. Zagorowska & R. W. Adamiak, R. Rigler: Dynamics of RNA bulge duplexes. 2-Aminopurine labelled adenosine loops, Spectroscopy of Biological Molecules: Modern Trends. Annex, 1997 UNED Madrid, Spain, pp. 39-40.
  4. T. Kulinski, L. Bielecki, I. Zagorowska & R. W. Adamiak: Introductory data on dynamics of RNA bulge duplexes. 2-Aminopurine labelled adenosine loops, Collect. Czech Chem. Commun. (Vol. 61) Special Issue 1996, pp. 265-267.
  5. T. Kulinski, L. Bielecki, M. Olejniczak, I. Zagorowska & R. W. Adamiak: Structure and dynamics of the apical loop region of 29-mer hairpin of the TAR RNA HIV-1 sequence. Collection Symposium Series (Vol. 2) 1999, pp 191-196.
  6. A. Fischer, Z. Gdaniec., M. Olejniczak, L. Bielecki & R. W. Adamiak: Does 29-mer RNA hairpin of the HIV-1 TAR RNA sequence bind magnesium? Nucleic Acids Symposium Series (Vol. 42) 1999, pp. 117-118.
  7. L. Bielecki, B. Skalski, I. Zagorowska, R. E. Verrall & R. W. Adamiak: Fluorescent alpha-anomeric 1,N(6)etheno-deoxyadenosine in DNA duplexes. The alpha-eteno-dA / dG pair. Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids (Vol. 19) 2000, pp. 1735-1750.
  8. L. Bielecki & R. W. Adamiak: Structure and dynamics of DNA duplexes containing single alpha-adenosine residues. Acta Biochimica Polonica (Vol. 48) 2001, pp. 103-111.
  9. U. Kaukinen, L. Bielecki, S. Mikkola, R. W. Adamiak & H. Lönnberg: The cleavage of phosphodiester bonds within small RNA bulges in the presence and absence of metal ion catalysts. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 2001, pp. 1024-1031.
  10. T. Kulinski, L. Bielecki & R. W. Adamiak: Structure and dynamics of adenosine loops in RNA bulge duplexes as revealed by linked application of thermodynamics, spectrofluorimetry and simulation of molecular dynamics. Nucleic Acids Res. Supplement (No. 1) 2001, pp. 139-140.
  11. M. Olejniczak, Z. Gdaniec, A. Fischer, T. Grabarkiewicz, L. Bielecki & R. W. Adamiak: The bulge region of HIV-1 TAR RNA binds metal ions in solution, Nucleic Acids Res. (Vol. 30) 2002, pp. 4241-4249.
  12. L. Bielecki, M. Popenda & R. W. Adamiak: The molecular dynamics thermocycler. A new approach to sample conformational space, as exemplified by the RNA hairpin. Nucleic Acids Res. Supplement (No. 2) 2002, pp. 57-58.
  13. T. Kulinski, M. Olejniczak, H. Huthoff, L. Bielecki, K. Pachulska-Wieczorek, A. T. Das, B. Berkhout & R. W. Adamiak: The Apical Loop of the HIV-1 TAR RNA Hairpin Is Stabilized by a Cross-loop Base Pair. J. Biol. Chem. (Vol. 278 (40)) 2003, pp. 38892-38901.
  14. P. Auffinger, L. Bielecki & E.Westhof: The Mg2+ binding sites of the 5S rRNA loop E motif as investigated by molecular dynamics simulations. Chem. Biol. (Vol. 10) 2003, pp. 551-561.
  15. P. Auffinger, L. Bielecki & E.Westhof: Symmetric K+ and Mg2+ ion binding sites in the 5S rRNA loop E motif inferred from molecular dynamics simulations. J. Mol. Biol. (Vol. 335) 2004, pp. 555-571.
  16. P. Auffinger, L. Bielecki & E.Westhof: Anion binding to nucleic acids. Structure (Vol. 12) 2004, pp. 379-388.


mailboxUwagi, komentarze, pytania


BackDo strony Łukasza BieleckiegospaceUKEnglish version .