Fluorescence spectroscopy has proven a valuable technique for studying the structure and function of nucleic acids and other essential molecules in cellular biology. In this regard, intrinsic fluorescent nucleobase analogues are widely used to probe structural and dynamic properties of nucleic acids. Due to its unique emissive properties, 6-Phenylpyrrolo-2'-deoxycytosine (dPhpC), a novel fluorescent deoxycytosine analog, is a suitable fluorescent reporter that has been exploited to study the structure, dynamics and localization of nucleic acids. dPhpC possesses several desirable properties, including high quantum yield and sensitivity to changes in the surrounding microenvironment. Given the increasing demand for unobtrusive fluorescent probes for use in biochemical studies, dPhpC is an attractive fluorophore that mimics cytosine with respect to nucleic acid base pairing and enzyme interactions. To use this molecular probe to its full potential, it is essential to elucidate the interactions between dPhpC and its inter- and intra-strand neighbouring nucleotides, and the effect of these interactions on the fluorescent properties of dPhpC. With this information in hand, dPhpC can be employed as a highly sensitive molecular probe for studying a wide variety of nucleic acid-based systems, and fluorescent PhpC-containing oligonucleotides can be readily optimized for specific purposes.In this thesis, we synthesized 6-phenylpyrrolo-2'-deoxycytidine (dPhpC) and incorporated it into single and double stranded DNA. This work demonstrates that the nature and orientation of nucleoside neighbours surrounding dPhpC significantly affect its fluorescent properties. According to the results presented in this work, the average fluorescence quantum yields for dPhpC-containing single strands is greater than those of their corresponding double-strands. Several rules for predicting and optimizing the properties of dPhpC-containing oligonucleotides are also identified: neighboring adenine causes a significant increase in dPhpC fluorescent intensity, guanine most effectively quenches fluorescence, and the orientation of neighbors around dPhpC significantly affects dPhpC quantum yield (e.g. the quenching effect of guanine is higher when it is placed at the 3'-side of dPhpC). Overall, our studies allow us to better predict dPhpC fluorescence changes upon incorporation in DNA structures, greatly facilitating the design of optimized dPhpC-containing nucleic acid probes for use in a wide variety of fluorescence studies. / La spectroscopie de fluorescence s'est avérée une technique précieuse pour étudier la structure et la fonction des acides nucléiques et d'autres molécules essentielles en biologie cellulaire. À cet égard, les analogues de nucléoside fluorescentes intrinsèques sont largement utilisés pour sonder les propriétés structurales et dynamiques des acides nucléiques. À cause de ses propriétés émissives uniques, 6-phénylpyrrolo-2'-déoxycytosine (dPhpC), un nouvel analogue fluorescent de la déoxycytosine, est un reporter fluorescent approprié qui a été exploitée pour étudier la structure, la dynamique et la localisation des acides nucléiques. dPhpC possède plusieurs propriétés souhaitables, notamment le rendement quantique élevé et une sensibilité à des changements dans le micro-environnement environnant. Compte tenu de la demande croissante de discrètes sondes fluorescentes pour utilisation dans des études biochimiques, dPhpC est un fluorophore attrayant qui imite la cytosine par rapport au couplage d'acide nucléique de base et les interactions enzymatiques. Pour utiliser cette sonde moléculaire à son plein potentiel, il est essentiel d'élucider les interactions entre dPhpC et ses nucléotides voisins inter- et intra-brin, et l'effet de ces interactions sur les propriétés fluorescentes de dPhpC. Avec cette information, dPhpC peut être utilisé comme une sonde moléculaire très sensible pour l'étude d'une grande variété des systèmes à base de acides nucléiques, et les oligonucléotides fluorescentes contenant du PhpC peuvent être facilement optimisé à des fins spécifiques. Dans cette thèse, nous avons synthétisé 6-phénylpyrrolo-2'-désoxycytidine (dPhpC) et l'ont incorporé dans l'ADN simple et double brin. Ce travail démontre que la nature et l'orientation des voisins nucléosidiques entourant dPhpC affecter de manière significative ses propriétés fluorescentes. Selon les résultats présentés dans ce travail, les rendements quantiques de fluorescence moyenne pour dPhpC contenant des simples brins est supérieure à celles de leurs doubles brins correspondants. Plusieurs règles pour la prédiction et l'optimisation des propriétés des oligonucléotides contenant dPhpC sont également identifiées: l'adénine voisin entraîne une augmentation significative de l'intensité de fluorescence de dPhpC, la guanine plus efficacement étanche fluorescence, et l'orientation des voisins autour dPhpC affecte de manière significative le rendement quantique de dPhpC (par exemple l'effet d'extinction de la guanine est plus élevée lorsqu'il est placé à l'extrémité 3 'du côté dPhpC). Dans l'ensemble, nos études permettez-nous de prévoir mieux les changements de fluorescence de dPhpC sur l'incorporation en structures d'ADN, ce qui facilite grandement la conception d'optimisation dPhpC contenant des sondes d'acides nucléiques pour utilisation dans une grande variété d'études de fluorescence.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117130 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Azizi, Fereshteh |
| Contributors | Masad J Damha (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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