TY - JOUR A1 - Fudickar, Werner A1 - Bauch, Marcel A1 - Ihmels, Heiko A1 - Linker, Torsten T1 - DNA-triggered enhancement of singlet oxygen production by pyridinium alkynylanthracenes JF - Chemistry - a European journal N2 - There is an ongoing interest in O-1(2) sensitizers, whose activity is selectively controlled by their interaction with DNA. To this end, we synthesized three isomeric pyridinium alkynylanthracenes 2 o-p and a water-soluble trapping reagent for O-1(2). In water and in the absence of DNA, these dyes show a poor efficiency to sensitize the photooxygenation of the trapping reagent as they decompose due to electron transfer processes. In contrast, in the presence of DNA O-1(2) is generated from the excited DNA-bound ligand. The interactions of 2 o-p with DNA were investigated by thermal DNA melting studies, UV/vis and fluorescence spectroscopy, and linear and circular dichroism spectroscopy. Our studies revealed an intercalative binding with an orientation of the long pyridyl-alkynyl axis parallel to the main axis of the DNA base pairs. In the presence of poly(dA : dT), all three isomers show an enhanced formation of singlet oxygen, as indicated by the reaction of the latter with the trapping reagent. With green light irradiation of isomer 2 o in poly(dA : dT), the conversion rate of the trapping reagent is enhanced by a factor >10. The formation of O-1(2) was confirmed by control experiments under anaerobic conditions, in deuterated solvents, or by addition of O-1(2) quenchers. When bound to poly(dG : dC), the opposite effect was observed only for isomers 2 o and 2 m, namely the trapping reagent reacted significantly slower. Overall, we showed that pyridinium alkynylanthracenes are very useful intercalators, that exhibit an enhanced photochemical O-1(2) generation in the DNA-bound state. KW - Anthracene KW - DNA KW - intercalations KW - photochemistry KW - singlet oxygen Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/chem.202101918 SN - 1521-3765 VL - 27 IS - 54 SP - 13591 EP - 13604 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Kasyanenko, Nina A1 - Unksov, Ivan A1 - Bakulev, Vladimir A1 - Santer, Svetlana T1 - DNA interaction with head-to-tail associates of cationic surfactants prevents formation of compact particles JF - Molecules N2 - Cationic azobenzene-containing surfactants are capable of condensing DNA in solution with formation of nanosized particles that can be employed in gene delivery. The ratio of surfactant/DNA concentration and solution ionic strength determines the result of DNA-surfactant interaction: Complexes with a micelle-like surfactant associates on DNA, which induces DNA shrinkage, DNA precipitation or DNA condensation with the emergence of nanosized particles. UV and fluorescence spectroscopy, low gradient viscometry and flow birefringence methods were employed to investigate DNA-surfactant and surfactant-surfactant interaction at different NaCl concentrations, [NaCl]. It was observed that [NaCl] (or the Debye screening radius) determines the surfactant-surfactant interaction in solutions without DNA. Monomers, micelles and non-micellar associates of azobenzene-containing surfactants with head-to-tail orientation of molecules were distinguished due to the features of their absorption spectra. The novel data enabled us to conclude that exactly the type of associates (together with the concentration of components) determines the result of DNA-surfactant interaction. Predomination of head-to-tail associates at 0.01 M < [NaCl] < 0.5 M induces DNA aggregation and in some cases DNA precipitation. High NaCl concentration (higher than 0.8 M) prevents electrostatic attraction of surfactants to DNA phosphates for complex formation. DAPI dye luminescence in solutions with DNA-surfactant complexes shows that surfactant tails overlap the DNA minor groove. The addition of di- and trivalent metal ions before and after the surfactant binding to DNA indicate that the bound surfactant molecules are located on DNA in islets. KW - azobenzene trimethylammonium bromide KW - head-to-tail surfactant associates KW - DNA KW - ionic strength KW - multivalent ions Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.3390/molecules23071576 SN - 1420-3049 VL - 23 IS - 7 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - THES A1 - Vogel, Stefanie T1 - Sequence dependency of photon and electron induced DNA strand breaks T1 - Sequenzabhängigkeit von photonen-und elektroneninduzierten DNA Strangbrüchen N2 - Deoxyribonucleic acid (DNA) is the carrier of human genetic information and is exposed to environmental influences such as the ultraviolet (UV) fraction of sunlight every day. The photostability of the DNA against UV light is astonishing. Even if the DNA bases have a strong absorption maximum at around 260 nm/4.77 eV, their quantum yield of photoproducts remains very low 1. If the photon energies exceed the ionization energy (IE) of the nucleobases ( ̴ 8-9 eV) 2, the DNA can be severely damaged. Photoexcitation and -ionization reactions occur, which can induce strand breaks in the DNA. The efficiency of the excitation and ionization induced strand breaks in the target DNA sequences are represented by cross sections. If Si as a substrate material is used in the VUV irradiation experiments, secondary electrons with an energy below 3.6 eV are generated from the substrate. This low energy electrons (LEE) are known to induce dissociative electron attachment (DEA) in DNA and with it DNA strand breakage very efficiently. LEEs play an important role in cancer radiation therapy, since they are generated secondarily along the radiation track of ionizing radiation. In the framework of this thesis, different single stranded DNA sequences were irradiated with 8.44 eV vacuum UV (VUV) light and cross sections for single strand breaks (SSB) were determined. Several sequences were also exposed to secondary LEEs, which additionally contributed to the SSBs. First, the cross sections for SSBs depending on the type of nucleobases were determined. Both types of DNA sequences, mono-nucleobase and mixed sequences showed very similar results upon VUV radiation. The additional influence of secondarily generated LEEs resulted in contrast in a clear trend for the SSB cross sections. In this, the polythymine sequence had the highest cross section for SSBs, which can be explained by strong anionic resonances in this energy range. Furthermore, SSB cross sections were determined as a function of sequence length. This resulted in an increase in the strand breaks to the same extent as the increase in the geometrical cross section. The longest DNA sequence (20 nucleotides) investigated in this series, however, showed smaller cross section values for SSBs, which can be explained by conformational changes in the DNA. Moreover, several DNA sequences that included the radiosensitizers 5-Bromouracil (5BrU) and 8-Bromoadenine (8BrA) were investigated and the corresponding SSB cross sections were determined. It was shown that 5BrU reacts very strongly to VUV radiation leading to high strand break yields, which showed in turn a strong sequence-dependency. 8BrA, on the other hand, showed no sensitization to the applied VUV radiation, since almost no increase in strand breakage yield was observed in comparison to non-modified DNA sequences. In order to be able to identify the mechanisms of radiation damage by photons, the IEs of certain DNA sequences were further explored using photoionization tandem mass spectrometry. By varying the DNA sequence, both the IEs depending on the type of nucleobase as well as on the DNA strand length could be identified and correlated to the SSB cross sections. The influence of the IE on the photoinduced reaction in the brominated DNA sequences could be excluded. N2 - Desoxyribonukleinsäure (DNA) ist als Träger der menschlichen Erbinformation täglich vielen Einflüssen ausgesetzt. Diese Einflüsse können Teil unserer Umwelt sein, wie der ultraviolette (UV) Anteil des Sonnenlichts. Die Photostabilität der DNA gegen UV-Licht ist erstaunlich, denn trotz eines starkes Absorptionsmaximum der DNA-Basen bei etwa 260 nm/4,77 eV, bleibt ihre Quantenausbeute an Photoprodukten sehr gering 1. Überschreiten die Photonenenergien die Ionisationsenergie (IE) der Nukleinbasen ( ̴ 8-9 eV) 2, kann die DNA schwer geschädigt werden. Es treten Anregungs- und Ionisierungsreaktionen auf, die zu Strangbrüchen in der DNA führen. Die Effizienz der induzierten Strangbrüche in den untersuchten DNA-Sequenzen wird durch Wirkungsquerschnitte dargestellt. Wird in den Bestrahlungsexperimenten Silizium als Substratmaterial verwendet, werden aus dem Substrat zusätzliche Sekundärelektronen mit einer Energie unter 3,6 eV erzeugt, die weiteren Schaden an der DNA verursachen. Diese niederenergetischen Elektronen (LEE) sind dafür bekannt, dissoziative Elektronenanlagerung (DEA) und damit Strangbrüche in der DNA zu erzeugen. LEEs entstehen sekundär entlang des Strahlungsweges von ionisierender Strahlung im biologischen Gewebe, wenn in der Behandlung der Krankheit Krebs Strahlentherapie eingesetzt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Einzelstrang-DNA-Sequenzen mit 8.44 eV Vakuum-UV (VUV) Licht bestrahlt und Wirkungsquerschnitte für Einzel-strangbrüche (SSB) bestimmt. Ein Teil der Sequenzen wurde außerdem sekundär erzeugten LEEs ausgesetzt, die einen zusätzlichen Beitrag zu den SSBs liefern. Als erstes wurde der Wirkungsquerschnitt für SSBs in Abhängigkeit der Nukleinbasen bestimmt. Hierbei weisen sowohl die DNA Sequenzen, die nur ein Sorte an Nukleinbasen besitzen als auch die gemischte Sequenzen sehr ähnliche Werte auf. Durch den zusätzlichen Einfluss der LEEs hat sich wiederum für die DNA Sequenzen mit nur einer Sorte an Nukleinbasen ein stark ausgeprägter Trend gezeigt. Die Polythymin-Sequenz weist den höchsten Wirkungsquerschnitt für SSBs auf, was durch ausgeprägte anionische Resonanzen in diesem Energiebereich begründet werden kann. Des Weiteren wurden Wirkungsquerschnitte für SSBs in Abhängigkeit Sequenzlänge ermittelt. Dabei ergab sich eine Erhöhung der SSBs im gleichen Maße wie die Vergrößerung des geometrischen Wirkungsquerschnitts. Die längste DNA Sequenz (20 Nukleotide), die in dieser Reihe untersucht wurde, zeigte hingegen kleinere Werte für den SSB Wirkungsquerschnitt, was durch Konformationsänderungen in der DNA erklärt werden kann. Einige der untersuchten DNA Sequenzen wurden zusätzlich mit den Radiosensibilisatoren 5-Bromouracil (5BrU) und 8-Bromoadenine (8BrA) modifiziert und entsprechende SSB Wirkungsquerschnitte bestimmt. Hierbei hat sich gezeigt, dass 5BrU mittels einer hohen Strangbruchausbeute sehr stark auf VUV Strahlung reagiert, wobei das Ausmaß der Reaktion stark sequenzabhängig ist. 8BrA hingegen, weist keine Sensibilisierung gegenüber der verwendeten VUV Strahlung auf, da keine Erhöhung der Strangbruchausbeute gegenüber unmodifizierten DNA Sequenzen ersichtlich ist. Um die Mechanismen der Strahlenschädigung durch Photonen besser einschätzen zu können, wurden zusätzlich die IEs bestimmter DNA Sequenzen mit Hilfe der Photoionisations-Tandem-Massenspektrometrie untersucht. Durch Variation der DNA-Sequenzen konnte sowohl ein Trend der IEs in Abhängigkeit der Nukleinbasen und der DNA-Stranglänge identifiziert und als auch eine Abhängigkeit der Reaktivität von 5BrU von seinem IE in der entsprechenden DNA Sequenz ausgeschlossen werden. Die IE Trends und die Wirkungsquerschnitte für SSBs wurden abschließend in Korrelation gebracht. KW - DNA KW - photo ionization KW - dissociative electron attachment KW - DNA origami KW - radiosensitizer KW - ionization energy KW - tandem mass spectrometry KW - DNS KW - Photoionisation KW - Dissoziative Elektronenanlagerung KW - DNA Origami KW - Radiosensibilisator KW - Ionisierungsenergie KW - Tandemmassenspektrometrie Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-419669 ER - TY - JOUR A1 - Kienzler, Andrea Altevogt Nee A1 - Flehr, Roman A1 - Gehne, Sören A1 - Kumke, Michael Uwe A1 - Bannwarth, Willi T1 - Verification and biophysical characterization of a New Three-Color Forster Resonance-Energy-Transfer (FRET) System in DNA JF - Helvetica chimica acta N2 - We report on a new three-color FRET system consisting of three fluorescent dyes, i.e., of a carbostyril (=quinolin-2(1H)-one)-derived donor D, a (bathophenanthroline)ruthenium complex as a relay chromophore A1, and a Cy dye as A2 (FRET=Forster resonance-energy-transfer) (cf. Fig. 1). With their widely matching spectroscopic properties (cf. Fig. 2), the combination of these dyes yielded excellent FRET efficiencies. Furthermore, fluorescence lifetime measurements revealed that the long fluorescence lifetime of the Ru complex was transferred to the Cy dye offering the possibility to measure the whole system in a time-resolved mode. The FRET system was established on double-stranded DNA (cf. Fig. 3) but it should also be generally applicable to other biomolecules. KW - Forster resonance energy transfer (FRET) system KW - DNA KW - Fluorescence KW - Ruthenium complexes Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/hlca.201100460 SN - 0018-019X VL - 95 IS - 4 SP - 543 EP - 555 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Schüler, Corinna T1 - Mikro- und Nanokapseln aus Funktionspolymeren, Biopolymeren und Proteinen N2 - In dieser Arbeit wird die Beschichtung von kolloidalen Templaten mit Hilfe der Layer-by-layer Technik beschrieben. Mit ihr ist es möglich, die Oberfläche der Template mit sehr dünnen und gut definierten Filmen zu versehen. Durch Auflösung der Template werden Kapseln hergestellt, die je nach Zusammensetzung der Beschichtung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. N2 - In this thesis the coating of colloid templates using the layer-by-layer technique is described. The surface of the templates is modified with thin, well defined films. After dissolving the templates, hollow capsules with different properties are obtained. KW - Layer-by-Layer KW - Polyelektrolyte KW - Kolloide KW - Koordinationspolymere KW - enzymatische Katalyse KW - GOD KW - POD KW - Kapseln KW - DNA KW - Biopolymere Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000102 ER -