G-kwadrupleksy (G4) są niekanonicznymi strukturami tworzonymi przez bogate w guaniny kwasy nukleinowe. Pokazano że G4 występują w żywych komórkach, gdzie biorą udział m.in. w regulacji ekspresji genów. DNA G-kwadrupleksy są wysoce polimorficzne, mogąc przyjmować wiele różnych form przestrzennych. Często delikatna równowaga konformacyjna pomiędzy tymi formami zależy od licznych czynników i nie jest dotąd w peni zrozumiała. Celem obecnego projektu jest zrozumienie zależności pomiędzy strukturą G4 a ich sekwencją nukleotydową w stopniu pozwalającym na kompleksowe, oparte na modelu projektowanie struktur G4 o pożądanej konformacji. Będzie to obejmowało zbadanie przestrzeni konformacyjnej dla szerokiego zakresu sekwencji tworzących G4 i analizę tych wyników pod kątem zasad strukturalnych i energetycznych leżących u podstaw różnic stabilności możliwych foldów typu G4. Projekt koncentruje się na trzech podstawowych celach badawczych, które zostaną zrealizowane przy użyciu zintegrowanego podejścia łączącego modelowanie wieloskalowe i uzupełniające metody eksperymentalne. 1) Określenie i walidacja map stabilności konformacyjnej dla obszernego zestawu sekwencji DNA bogatych w guaniny mogących tworzyć dwu-tetradowe G4. W pierwszej kolejności zastosujemy symulacje dynamiki molekularnej (MD), aby ocenić względną stabilność wszystkich teoretycznie możliwych konformacji dwu-tetradowch G4 dla systematycznego zestawu sekwencji tworzących G4. Następnie prognozy te zostaną zweryfikowane za pomocą szeregu metod eksperymentalnych, w tym spektroskopii 1H-NMR, CD i UV. 2) Szczegółowa analiza czynników strukturalnych i energetycznych leżących u podstaw względnej stabilności możliwych stanów fałdowania G4. Aby wyjaśnić zaobserwowane zachowania konformacyjne, przeanalizujemy uzyskane powyżej zestawy danych za pomocą metod statystycznych. Obliczone energie swobodne zwijania zostaną rozbite na wkład entalpowe i entropowe, umożliwiając zrozumienie molekularnych podstaw stabilności G4. 3) Rozszerzenie analizy struktury sekwencji na trój-tetradowe G4 przetestowanie modelu jako narzędzia do przewidywania i projektowania konformacji G4. Aby ocenić i, jeśli to konieczne, rozszerzyć zastosowanie naszego podejścia na trój-tetradowe G-kwadrupleksy, przetestujemy dwie główne hipotezy dotyczące relacji energetycznej między strukturami trzy- i dwu-tetradowego G4. Na koniec ocenimy wartość predykcyjną naszego modelu, projektując i eksperymentalnie walidując zestaw trój-tetradowych konformacji G4.