Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии
Методом одномерной и двухмерной (2M-TOCSY и 2M-NOESY) гомоядерной ПМР-спектроскопии и гетероядерной 2М-¹H- ³¹Р-ЯМР-спектроскопии (500 МГц) исследовано комплексообразование антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водно-солевом растворе. По измеренным концентрационным и...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Биополимеры и клетка |
|---|---|
| Datum: | 1999 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1999
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156341 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии / А.Н. Веселков, Р.Дж. Итон, С.Ф. Барановский, С.Г. Осетров, В.И. Пахомов, П.А. Болотин, Л.Н. Дымант, Д.Б. Дэвис // Биополимеры и клетка. — 1999. — Т. 15, № 2. — С. 154-162. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-156341 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Веселков, А.Н. Итон, Р.Дж. Барановский, С.Ф. Осетров, С.Г. Пахомов, В.И. Болотин, П.А. Дымант, Л.Н. Дэвис, Д.Б. 2019-06-18T11:45:53Z 2019-06-18T11:45:53Z 1999 Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии / А.Н. Веселков, Р.Дж. Итон, С.Ф. Барановский, С.Г. Осетров, В.И. Пахомов, П.А. Болотин, Л.Н. Дымант, Д.Б. Дэвис // Биополимеры и клетка. — 1999. — Т. 15, № 2. — С. 154-162. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000514 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156341 577.113 Методом одномерной и двухмерной (2M-TOCSY и 2M-NOESY) гомоядерной ПМР-спектроскопии и гетероядерной 2М-¹H- ³¹Р-ЯМР-спектроскопии (500 МГц) исследовано комплексообразование антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водно-солевом растворе. По измеренным концентрационным и температурным зависимостям протонных химических сдвигов молекул рассчитаны равновесные константы реакций, относительное содержание различных типов комплексов в зависимости от концентраций и температуры и термодинамические параметры ΔH и ΔS комплексообразования молекул. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что местами преимущественной посадки дауномицина являются триплеттне нуклеотидные последовательности. Связывание второй молекулы дауномицина. как с одоцепочечной, так и с дуплексной формой тетрамера носит выраженный антикооперативный характер. Построена наиболее вероятная пространственная структура комплекса 1:2 антибиотика с дезокситетрануклеотидом по расчетным значениям предельных значений химических сдвигов протонов дауномицина в составе комплекса и данным 2M-NOE. Методом одновимірної і двовимірної (2M-TOCSY і 2M-NOESУ) гомоядерної ПМР-спектроскопіі та гетероядерної 2М- ¹Н- ³¹ Р-ЯМР-спектроскопії (500 МГц) досліджено комплексоутво рення антибіотика дауноміцина з дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) у водно-сольовому розчині. За виміряними концентраційними і температурними залежностями протонних хімічних зсувів молекул розраховано рівноважні константи реакцій, відносний вміст різних типів комплексів у залежності від концентрацій і температури та термодинамічні параметри ΔH і ΔS комплексоутворення молекул. Аналіз отриманих результатів дозволяє зробити висновок стосовно того, що місцями переважної посадки дауноміцина с триплетні нуклеотидні послідовності. Зв'язування другої молекули дауноміцина як з одноланцюговою, так і з дуплексною формою тетрамера має виражений антикооперативний характер. Побудовано найвірогіднішу просторову структуру комплексу 1:2 антибіотика з дезокситетрануклеотидом за розрахунковими значеннями граничних значень хімічних зсувів протонів дауноміцина у складі комплексу і даними 2M-NOE. One-dimentional and two-dimentional (2D-TOCSY and 2D-NCJESY) homonuclear H NMR spectroscopy and heteronuclear 2D- ¹H-³¹P-NMR spectroscopy have been used to investigate the comple-xation of the antibiotic daunomycin with deoxytetranucleotide 5'-d(TpGpCpA) in aqueous salt solution. The equilibrium reaction constants, relative content of different types of complexes as a function of concentration and temperature of solution and thermo-dynamical parameters ΔH and ΔS of complexation of the molecules have been calculated using experimental concentrational and temperature dependences of the proton chemical shifts of the interacting molecules. Analysis of the results has shown that the most favourable binding sites for daunomycin are triplet nucleotidc sequences. Binding of the second daunomycin molecule with both single-stranded and duplex forms of the tetranucleotide is highly anticooperative. The most favourable structure of 1:2 antibiotic-deoxy-tetranudeotide complex has been constructed using the calculated limiting proton chemical shifts of daunomycin protons in the' intercalated complex and 2D-NOE data. Авторы выражают благодарность Объе-диненному исследовательскому центру Лондонско-го университета за предоставленную возможность в Беркбек колледже использовать для измерений ЯМР-спектрометр 500 МГц. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Биополимеры и клетка Структура и функции биополимеров Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии Аналіз взаємодії антибіотика дауноміцина з дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) у водному розчині методом ЯМР-спектроскопії NMR analysis of the interaction of antibiotic daunomycin with deoxytetranucleotide, 5'-d(TpGpCpA), in aqueous solution Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии |
| spellingShingle |
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии Веселков, А.Н. Итон, Р.Дж. Барановский, С.Ф. Осетров, С.Г. Пахомов, В.И. Болотин, П.А. Дымант, Л.Н. Дэвис, Д.Б. Структура и функции биополимеров |
| title_short |
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии |
| title_full |
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии |
| title_fullStr |
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии |
| title_full_unstemmed |
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии |
| title_sort |
анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(tpgpcpa) в водном растворе методом ямр-спектроскопии |
| author |
Веселков, А.Н. Итон, Р.Дж. Барановский, С.Ф. Осетров, С.Г. Пахомов, В.И. Болотин, П.А. Дымант, Л.Н. Дэвис, Д.Б. |
| author_facet |
Веселков, А.Н. Итон, Р.Дж. Барановский, С.Ф. Осетров, С.Г. Пахомов, В.И. Болотин, П.А. Дымант, Л.Н. Дэвис, Д.Б. |
| topic |
Структура и функции биополимеров |
| topic_facet |
Структура и функции биополимеров |
| publishDate |
1999 |
| language |
Russian |
| container_title |
Биополимеры и клетка |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Аналіз взаємодії антибіотика дауноміцина з дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) у водному розчині методом ЯМР-спектроскопії NMR analysis of the interaction of antibiotic daunomycin with deoxytetranucleotide, 5'-d(TpGpCpA), in aqueous solution |
| description |
Методом одномерной и двухмерной (2M-TOCSY и 2M-NOESY) гомоядерной ПМР-спектроскопии и гетероядерной 2М-¹H- ³¹Р-ЯМР-спектроскопии (500 МГц) исследовано комплексообразование антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водно-солевом растворе. По измеренным концентрационным и температурным зависимостям протонных химических сдвигов молекул рассчитаны равновесные константы реакций, относительное содержание различных типов комплексов в зависимости от концентраций и температуры и термодинамические параметры ΔH и ΔS комплексообразования молекул. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что местами преимущественной посадки дауномицина являются триплеттне нуклеотидные последовательности. Связывание второй молекулы дауномицина. как с одоцепочечной, так и с дуплексной формой тетрамера носит выраженный антикооперативный характер. Построена наиболее вероятная пространственная структура комплекса 1:2 антибиотика с дезокситетрануклеотидом по расчетным значениям предельных значений химических сдвигов протонов дауномицина в составе комплекса и данным 2M-NOE.
Методом одновимірної і двовимірної (2M-TOCSY і 2M-NOESУ) гомоядерної ПМР-спектроскопіі та гетероядерної 2М- ¹Н- ³¹ Р-ЯМР-спектроскопії (500 МГц) досліджено комплексоутво рення антибіотика дауноміцина з дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) у водно-сольовому розчині. За виміряними концентраційними і температурними залежностями протонних хімічних зсувів молекул розраховано рівноважні константи реакцій, відносний вміст різних типів комплексів у залежності від концентрацій і температури та термодинамічні параметри ΔH і ΔS комплексоутворення молекул. Аналіз отриманих результатів дозволяє зробити висновок стосовно того, що місцями переважної посадки дауноміцина с триплетні нуклеотидні послідовності. Зв'язування другої молекули дауноміцина як з одноланцюговою, так і з дуплексною формою тетрамера має виражений антикооперативний характер. Побудовано найвірогіднішу просторову структуру комплексу 1:2 антибіотика з дезокситетрануклеотидом за розрахунковими значеннями граничних значень хімічних зсувів протонів дауноміцина у складі комплексу і даними 2M-NOE.
One-dimentional and two-dimentional (2D-TOCSY and 2D-NCJESY) homonuclear H NMR spectroscopy and heteronuclear 2D- ¹H-³¹P-NMR spectroscopy have been used to investigate the comple-xation of the antibiotic daunomycin with deoxytetranucleotide 5'-d(TpGpCpA) in aqueous salt solution. The equilibrium reaction constants, relative content of different types of complexes as a function of concentration and temperature of solution and thermo-dynamical parameters ΔH and ΔS of complexation of the molecules have been calculated using experimental concentrational and temperature dependences of the proton chemical shifts of the interacting molecules. Analysis of the results has shown that the most favourable binding sites for daunomycin are triplet nucleotidc sequences. Binding of the second daunomycin molecule with both single-stranded and duplex forms of the tetranucleotide is highly anticooperative. The most favourable structure of 1:2 antibiotic-deoxy-tetranudeotide complex has been constructed using the calculated limiting proton chemical shifts of daunomycin protons in the' intercalated complex and 2D-NOE data.
|
| issn |
0233-7657 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156341 |
| citation_txt |
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии / А.Н. Веселков, Р.Дж. Итон, С.Ф. Барановский, С.Г. Осетров, В.И. Пахомов, П.А. Болотин, Л.Н. Дымант, Д.Б. Дэвис // Биополимеры и клетка. — 1999. — Т. 15, № 2. — С. 154-162. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT veselkovan analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT itonrdž analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT baranovskiisf analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT osetrovsg analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT pahomovvi analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT bolotinpa analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT dymantln analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT dévisdb analizvzaimodeistviâantibiotikadaunomicinasdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpavvodnomrastvoremetodomâmrspektroskopii AT veselkovan analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT itonrdž analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT baranovskiisf analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT osetrovsg analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT pahomovvi analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT bolotinpa analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT dymantln analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT dévisdb analízvzaêmodííantibíotikadaunomícinazdezoksitetranukleotidom5dtpgpcpauvodnomurozčinímetodomâmrspektroskopíí AT veselkovan nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution AT itonrdž nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution AT baranovskiisf nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution AT osetrovsg nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution AT pahomovvi nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution AT bolotinpa nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution AT dymantln nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution AT dévisdb nmranalysisoftheinteractionofantibioticdaunomycinwithdeoxytetranucleotide5dtpgpcpainaqueoussolution |
| first_indexed |
2025-11-26T17:54:08Z |
| last_indexed |
2025-11-26T17:54:08Z |
| _version_ |
1850766360568659968 |
| fulltext |
ISiiN 0233-7657. Биополимеры и клетка. 1999. Т. 15. № 2
Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина
с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA)
в водном растворе методом ЯМР-спектроскопии
А. Н. Веселков, Р. Дж. Итон1, С. Ф. Барановский, С. Г. Осетров, В. И. Пахомов,
П. А. Болотин, JT. Н. Дымант, Д. Б. Дэвис1
Севастопольский государственный технический университет Министерства просвещения Украины
Студгородок, Севастополь, 335053, Украина
Беркбек колледж Лондонского университета
Гордон Хауз, 29, Лондон WClH ОРР, Великобритания
Методом одномерной и двухмерной (2М-TOCSY и 2М-NOESY) гомоядерной ПМР-спектроскопии
и гетероядерной 2М-'H-Р-ЯМР-спектроскопии (500 МГц) исследовано комплексообразование
антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водно-солевом растворе.
По измеренным концентрационным и температурным зависимостям протонных химических
сдвигов молекул рассчитаны равновесные константы реакций, относительное содержание различ-
ных типов комплексов в зависимости от концентраций и температуры и термодинамические
параметры АН и AS комплексообразования молекул Анализ полученных результатов позволяет
сделать вывод о том, что местами преимущественной посадки дауномицина являются триплет-
нім нуклеотидные последовательности. Связывание второй молекулы дауномицина как с одоцепо-
чечной, так и с дуплексной формой тетрамера носит выраженный антикооперативный характер.
Построем наиболее вероятная пространственная структура комплекса 1:2 антибиотика с
дезокситетрануклеотидом по расчетным значениям предельных значений химических сдвигов
протонов дауномицина в составе комплекса и данным 2M-NOE.
Введение. Дауномицин относится к используемым
в клинической практике антиопухолевым препара-
там антрациклиновой группы антибиотиков. Их
биологическая активность в значительной степени
обусловлена наличием тетрагидротетраценхинон-
ного хромофора, содержащего три копланарных
шестичлеиных кольца (рис. 1). Известно, что эф-
фективность дауномицина как чимиотерапевтиче -
ского агента заключена в его способности связы-
ваться с ДНК и ингибировать при этом синтез ДНК
и РНК [1, 2].
В настоящее время считается, что дауномицин
взаимодействует с ДНК за счет интеркаляции [1,
2 ].. На основе данных рентгеноструктурного анали-
за волокон комплексов ДНК с дауиомицином περ-
ί © А Н. ВЕСЕЛКОВ, Р. Дж. ИТОН, С. Ф. БАРАНОВСКИЙ,
С. Г ОСЕТРОВ, В. И ПАЧОМОВ, П. А. БОЛОТИН,
Л. Н. ДЫМАНТ, Д. Б. ДЭВИС, 1999
воначально была построена модель комплексообра-
зования, согласно которой аминосахарное кольцо
антибиотика располагается в большой бороздке
ДНК [3 ] так, что положительно заряженный атом
азота находится вблизи отрицательно заряженной
фосфатной группы ДНК. Предполагалось, что
электростатическое взаимодействие положительно
заряженного атома N (3') аминосахарного остатка с
фосфатом полинуклеотидного остова играет значи-
тельную роль в стабилизации интеркаляционного
комплекса. Однако впоследствии И, 5 ] при иссле-
довании кристаллических структур дауномицин —
дезоксиолигонуклеотид был обнаружен несколько
иной механизм интеркаляции, когда аминосахар-
ное кольцо располагается в малой бороздке ДНК, а
аминогруппа дауномицина расположена довольно
далеко от фосфатов остова ДНК и, следовательно,
электростатическое взаимодействие между ними
практически не влияет на стабильность комплек-
154
ВЗАИМОДВЙСТВИЕ ДАУНОМИЦИНА С 5'-d(TpGpCpA) В РАСТВОРЕ
Рис. 1. Структурная формула молекулы дауномицина
сов. Интересно отметить, что в одной из первых
работ [6 ] по исследованию спектров кругового
дихроизма водных растворов дауномицина с ДНК и
классических интеркаляторов — аминоакридинов с
ДНК было сделано предположение о том, что
способы интеркаляции красителей и антибиотика
существенно различны. Кроме того, по экспери-
ментальным данным, антрациклиновый антибио-
тик дауномицин не проявляет столь явной и одно-
значной сиквенс-специфичности при взаимодейст-
вии с ДНК, как это имеет место для ряда других
интеркалирующих лигандов. Так, сведения о се-
лективном связывании дауномицина с синтетиче-
скими дезоксиолигонуклеотидами довольно проти-
воречивы [7] и можно лишь сделать вывод о том,
что антибиотик дауномицин преимущественно свя-
зывается с полинуклеотидами, содержащими чере-
дующиеся пурин-пиримидиновые (риг-руг) после-
довательности оснований в цепи [8 ]. Теоретиче-
ский анализ [9, 10] сиквенс-специфичности
взаимодействия дауномицина с ДНК также дает
противоречивые результаты. Экспериментальные
исследования, проведенные с нативной ДНК в рас-
творе [11], свидетельствуют о наличии GC-nap
оснований в местах преимущественного связывания
дауномицина. В работе [12] показано, что местами
преимущественной посадки антибиотика дауноми-
цина являются триплеты, содержащие две соседние
GC-пары оснований различной последовательно-
сти, фланкированные АТ-парой оснований. Однако
следует отметить, что требование наличия А- или
Т-оснований с 5'-конца триплета не является абсо-
лютным [12].
В настоящей работе методом одномерной и
двухмерной 'Н-ЯМР-спектроскопии (500 МГц) ис-
следовано комплексообразование антрацикл ненового
антибиотика дауномицина с дезокситетрануклеоти-
дом 5'-d (Tj)GpCpA) в водном растворе.
Выбор олигонуклеотида обусловлен тем, что
тетрамер имеет один pur-pyr-сайт (d (G-C)) и два
pyr-pur-сайга (d(T-G) и d (C-A)) в последователь-
ности. При этом рассматриваемый дезокситетра-
нуклеотид содержит триплетные последовательно-
сти, соответствующие местам преимущественного
связывания антибиотика, обнаруженным в работе
[12]. Ранее [13, 14] в тех же экспериментальных
условиях, что и в настоящей работе, изучено свя-
зывание акридинового красителя профлавина и фе-
нантридинового красителя бромистого этидия с рас-
сматриваемым дезокситетрануклеотидом 5'-
d(TpGpCpA) методом 'Н-ЯМР-спектроскопии. Это
послужило основой для сравнительного анализа
структур комплексов, а также термодинамических
параметров комплексообразования, что важно для
выяснения природы сиквенс-специфичности связы-
вания лигандов с ДНК.
Методика. Дауномицин («Sigma», США) ис-
пользовали без дополнительной очистки, лиофіили-
зировали из D2O с изотопной чистотой 99,95 % D
и растворяли в дейтерированном 0,1 M фосфатном
буфере (pD 7,1), содержащем IO"1 моль/л ЭДТА.
Концентрацию антибиотика определяли спекгро-
фотометрически — для дауномицина коэффициент
экстинкции ε == 11500 M"' см"1 (Я = 480 нм) [15 ].
Дезокситетрарибонуклеозидтрифосфат 5'-
d(TpGpCpA) синтезирован компанией «OSWEL
DNA SERVICE» (Великобритания). Образцы оли-
гонуклеотида также лиофилизировали из D2O и
растворяли в дейтерированном 0,1 M фосфатном
буфере, содержащем IO"4 моль/л ЭДТА. IM- и
2М-'Н-ЯМР-спектры измерены на спектрометре
«Bruker DRX» с резонансной частотой 500 МГц.
Химические сдвиги необменивающихся протонов
измеряли относительно внутреннего стандарта
TMA (бромид тетраметиламмония). Методика при-
готовления образцов и проведения эксперимента
описана в [13, 14, 16].
Концентрационные измерения протонных хи-
мических сдвигов молекул выполнены при двух
температурах (303 и 323 К) в интервале концент-
раций тетра ну клеотида от 3,58 до 0,06 ммоль/л и
постоянном процентном содержании дауномицина
в растворе (0,783 ммоль/л). Температурные зави-
симости химических сдвигов протонов молекул в
смешанном растворе измерены в диапазоне темпе-
ратур от 278 до 338 К. Двухмерные гомоядерные
эксперименты TOCSY, NOESY и ROESY, исполь-
зованные для отнесения сигналов необмениваю-
щихся протонов молекул и для качественной) опре-
155
ВЕСБЛКОВ Α. Η. И ДР.
деления характера комплексообразования антибио-
тика с олигонуклеотидом, проводили при T =
= 303 К. Для анализа 'Н-31Р-спиновой системы ис-
пользован метод HMBC (heterori uclear multiple
bond correlation — гетероздерная корреляция даль-
него порядка, распространяющаяся на несколько
химических связей) [171. Температуру образца в
процессе эксперимента поддерживали с помощью
терморегулятора BVT-3000.
Результаты и обсуждение. Предварительно
выполненное отнесение с Игнатов протонов дауно-
мицина (18 ] и исследуемого дезокситетрануклеоти-
да [191 позволило провести отождествление спект-
ров смешанных растворов и выявить возможные
связи ядер молекул антибиотика и тетрамера. В
спектрах 2M-NOESY и 2M-ROESY таких раство-
ров, полученных при различных временах смеши-
вания (rml = 90 мс и Tm., = 200 мс), наблюдается
лишь небольшое количество межмолекулярных
кросс-пиков между протонами дауномицина и тет-
рамера, как это имеет место и при исследовании
связывания интеркалирующих лигандов — профла-
вина и бромистого этидия с данным дезокситетра-
нуклеотидом [13, 14]. В спектре дауномицина с
дезокситетрануклеотидом d (TGCA) наблюдаются
межмолекулярные кросс-пики между протонами
Н2', Н2" аминосахарного остатка антибиотика и
протонами Hl'(СЗ) цитозина, что позволяет сде-
лать заключение о преимущественной интеркаля-
ции хромофора антибиотика в руг-pur-сайт d(Tl -
G2) в начале тетрануклеотидной последовательно-
сти. Это подтверждается также сравнительным
анализом двухмерных гетероядерных корреляцион-
ных 1H-31P спектров раствора дезокситетрануклео-
тида d (TGCA) и смешанного раствора тетрамера с
дауномицином, из чего следует вывод о более
сильном смещении сигнана фосфата С(3)рА(4) в
сравнении с другими фосфатами в цепи при комп-
лекссюбразовании антибиотика с олигонуклеоти-
дом, что свидетельствует о значительных конфор-
мационных изменениях вторичной структуры оли-
гомера на данном участке: последовательности при
интеркаляционном связывании лиганда в дуплекс
[20].
Количественную оценку взаимодействия дау-
номицина с дезокситетрануклеотидом проводили,
как и ранее [13, 14], на основе анализа экспери-
ментальных концентрационных зависимостей хи-
мических сдвигов протонов молекул при различных
температурах (рис. 2). Рассмотрено динамическое
равновесие, включающее как образование различ-
ного типа комплексов, так: и реакции димеризации
молекул олигонуклеотида и антибиотика. По усло-
виям эксперимента, константа димеризации Kd да-
Рис. 2. Экспериментальные концентрационные зависимости хи-
мических сдвигов необменивающихся протонов дауномицина в
растворе с дезокситетрануклеотидом S'-d(TGCA) при T- 303 К,
ZJ 0 -0 ,78310~ 3 Μ: / — HI; 2 — Н2; 3 — НЗ, 4 — Hl'; 5 —
OCH3; б — Н10<?; 7 — Н8е
уномицина при T = 303 К принята равной
290 л/моль [18].
Общая схема взаимодействия молекул включа-
ла равновесные реакции в растворе:
( 1 )
ще D и N — концентрации мономеров дауномици-
на и тетрануклеотида. При расчете по этой схеме
наблюдаемый протонный химический сдвиг в моле-
куле антибиотика представлен в виде [13, 14 ]
д = D/D0(6m + 2 KdDdd + KiNdl+ ΚΝΚ2Ν2δ2 +
+ IKlKiDNd3 + 2KNK2K4DN2dj. (2)
Минимизацию функционала невязки экспери-
ментальных и расчетных значений протонных хи-
мических сдвигов осуществляли по восьми пара-
метрам: <5,—δ4 — предельные значения химических
сдвигов протонов антибиотика в составе комплек-
сов 1:1, 1:2, 2:1 и 2:2; Kx—K4 — равновесные кон-
Kd Kd
D +D * * D2 N +N « N2
K1 Кг
D + N * * DN D+DN2 DN2
K3 К4
D+ DN D2N D+ DN2 D2N2
156
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДАУНОМИЦИНА С S'-dCTpGpCoA) В РАСТВОРЕ
станты соответствующих типов комплексов. Де-
тальное описание вычислительной процедуры на-
хождения параметров изложено в предыдущих ра-
ботах [13, 14]. Отметим, что рассматриваемая
модель (2) предполагает достаточно быстрый обмен
в равновесных реакциях комплексообразования.
Проведенные в настоящей работе ЯМР экспери-
менты свидетельствуют об отсутствии существен-
ного уширения резонансных сигналов протонов во
всем исследованном диапазоне концентраций и
температур. Это подтверждает допустимость ис-
пользования аддитивной модели при описании за-
висимости наблюдаемых протонных химических
сдвигов от концентрации и температуры.
Полученные в результате расчетов значения
равновесных констант K1—K4 представлены в табл.
1. Величины констант Kx—K4 для реакций комп-
лексообразования профлавина [13] и бромистого
этидия [14] с тетрануклеотидом 5 -d (TGCA) в
идентичных экспериментальных условиях сущест-
венно отличаются как в качественном, так и в
количественном отношении от значений в табл. 1.
Обращает на себя внимание то, что вероятность
образования в растворе комплекса 1:2 дауномицина
с 5'-d(TGCA), характеризуемая константой K2,
существенно выше, чем других комплексов в вод-
ном растворе. При этом величина константы K2
примерно на порядок превышает соответствующие
значения констант для реакций образования подо-
бного типа комплексов между тетрануклеотидом и
бромистым этидием [14] и на два порядка — ком-
плекса с акридиновым красителем профлавином
[13].
В отличие от сравнительно простых интеркаля-
торов — профлавина и бромистого этидия, хромо-
форы которых не содержат массивных боковых
групп или цепей, в структуре антибиотика дауно-
мицина к тетрагидротетраценхинонному хромофо-
Таблица I
Расчетные значения равновесных констант и
термодинамических параметров АН, AS реакций
образования комплексов дауномицина с
дезокситетрануклеотидом 5'-d(TGCA) при T - 303 К
Комплекс Ki, IO3 м-1
- Δ # , кДж/моль -AS1 Д ж / < м о л ь Ю
1 : 1 30,6+7,7 81,6±7,7 183+18
1 : 2 430+100 39,2±6,8 21 ± 4
2 : 1 5 ,4±0,4 47,5+9,5 85±17
2 : 2 12,5+0,5 59,0±14,3 116С29
ру присоединено массивное положительно заря-
женное аминосахарное кольцо, располагающееся
при связывании антибиотика с ДНК в ее малой
бороздке [4, 5]. Это определяет достаточно боль-
шой «параметр исключения» in = 3,3-г-3,5 пар осно-
ваний) в модели исключенного соседа, полученный
при исследовании взаимодействия дауномицина с
ДНК методом спектрофотометри и [11, 21 ]. Соглас-
но данным рентгеноструктурного анализа [4, 5],
аминосахарный остаток, расположенный и малой
бороздке ДНК, частично блокирует третью пару
оснований. Кроме того, конформационные измене-
ния в двойной спирали, связанные с интеркаляцией
дауномицина, могут препятствовать встраиванию
антибиотика в соседние с участком интеркаляции
сайты последовательности ДНК [5 ]. Из табл. 1
видно, что значение равновесной константы K4,
характеризующей вероятность образования в рас-
творе комплекса 2:2 дауномицина с дезокситетра-
нуклеотидом, довольно низкое, то есть связывание
второй молекулы антибиотика с дуплексом тетра-
мера имеет явно антикооперативный характер.
Этот факт с учетом данных 2М-NOESY и резуль-
татов по комплексообразованию ароматических
красителей профлавина и бромистого этидия с
дезокситетрануклеотидом d (TGCA) в идентичных
экспериментальных условиях [13, 14] однозначно
свидетельствует о том, что местами преимущест-
венной посадки антибиотика дауномицина являют-
ся как минимум триплетные нуклеотидные после-
довательности. Полученный результат находится в
согласии с экспериментальными исследованиями
сиквенс-специфичности связывания дауномицина с
ДНК в водном растворе [12].
Значение равновесной константы Ki образова-
ния комплексов 2:1 дауномицина с одноцепочеч-
ным дезокситетрануклеотидом существенно ниже,
чем комплексов 1:1 (табл. 1), то есть связывание
второй молекулы антибиотика с тетрамером в мо-
номерной форме имеет также антикоолератинный
характер. Это, очевидно, определяется наличием у
хромофора антибиотика массивного положительно
заряженного аминосахарного остатка, создающего
определенные стерические препятствия при посад-
ке второй молекулы дауномицина на короткую
тетрануклеотидную последовательность.
По значениям констант равновесия (табл. 1)
было рассчитано относительное содержание моле-
кулярных комплексов / в зависимости от г ~ N1/D0
(отношения концентраций дезокситетрануклеотида
в дуплексе к исходной концентрации дауномици-
на). Из рис. 3, где приведены эти зависимости,
видно, что вклад в общее равновесие различного
типа комплексов определяется не только значения-
157
BECEJIKOli Α. Η. И ДР.
Рис. 3. Зависимости относительного содержания мономеров и
димеров дауномицина и комплексов антибиотика с 5'-d(TGCA)
в водном растворе от г - N2IDa при 'Г - 303 К и O0 - 0,783 • IO-3
М: 1 — DN\ 2 — D2N', 3 — DN2, 4 — D2N2:, 5 — D', 6 — D2
считывали с использованием параметрических ре-
грессионных уравнений для анализа зависимостей
мольных долей от температуры и формализма
Вант-Гоффа [22 ]. Полученные значения энтальпии
и энтропии реакций дауномицина с дезокситетра-
нуклеотидом 5'-d(TGCA) в растворе приведены в
табл. 1. Видно, что ΔH реакций комплексообразо-
вания дауномицина с тетрануклеотидом имеют до-
статочно большие отрицательные значения. Как
известно, экзотермические реакции присущи про-
цессам агрегации, включающих в себя стэкинг-вза-
имодействие ароматических систем с делокализо-
ванными π-электронами [11, 23]. Установлено, что
дисперсионное взаимодействие характеризуется
как отрицательной энтальпией, так и отрицатель-
ной энтропией [24 ]. Вместе с тем, согласно данным
рентгеноструктурного анализа комплексов дауно-
мицин — дезоксиолигонуклеотид 14, 5], между ан-
тибиотиком и соседними основаниями в интеркали-
рованном комплексе могут образовываться от трех
до пяти водородных связей (Н-связей) [23 ]. По
имеющимся в литературе данным, энтальпия обра-
зования Η-связи в водной среде принимает значе-
ния от -8 до -13 кДж/моль [25]. При возникнове-
ми равновесных констант реакций, но также и
величиной г. Относительное содержание комплек-
сов 1:1 и 2:1 дауномицина с одной нитью тетранук-
леотида оказывается довольно значительным при
малых г (г < 0,5), в то время как доля комплекса
1:2 становится преобладающей при г > 1,0. Как уже
отмечалось [13, 14], максимумы концентрацион-
ных кривых комплексов 1:1, 2:1 и 2:2 соответству-
ют значениям г, близким к стехиометрическим
соотношениям исходных концентраций лиганда и
тетрануклеотида для соответствующих типов комп-
лексов. Анализ динамического равновесия различ-
ных комплексов молекул в растворе важен для
определения вклада каждого типа комплекса в
экспериментально наблюдаемый химический сдвиг
и .для надежного определения термодинамических
параметров их образования [13].
Термодинамические параметры реакций взаи-
модействия дауномицина с 5'-d (TGCA) определе-
ны, как и ранее [22], на основе эксперименталь-
ных температурных зависимостей химических
сдвигов протонов дауномицина в растворе с тетра-
нуклеотидом 5'-d (TGCA) (рис. 4) и аддитивной
модели для наблюдаемого протонною химического
сдвига антибиотика при различных температурах.
Величины энтальпии САН) и энтропии (AS) рас-
S,.«. д.
7,6-
7,4-
290 300 310 320 330 340 Т. К
Рис. 4. Экспериментальные температурные зависимости хими-
ческих сдвигов необменивающихся протонов дауномицина в
водном растворе с 5'-d(TGCA) при Aj - 0 , 7 8 3 IO"3 М; N0-
- 0,652· IO"3 М: 1 — Hl; 2 — Н2; 3 — НЗ; 4 — Hl'; 5 — OCH3
158
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДАУНОМИЦИНА C 5 ' d(TpGpCpAI В РАСТВОРЕ
нии Н-связи следует ожидать также и отрицатель-
ного изменения энтропии [26 ]. Следовательно,
можно считать, что основной вклад в отрицатель-
ные значения термодинамических параметров ком-
плексообразования дауномицина с дезокситетра-
нуклеотидами вносят межмолекулярные взаимо-
действия — Η-связи и силы Ван-дер-Ваальса.
Положительный энтропийный вклад, прежде
всего, определяется гидрофобными взаимодействи-
ями, связанными с переносом молекулы антибио-
тика в место интеркаляции. Значительный вклад
гидрофобных взаимодействий наблюдается в случае
реакции образования комплексов 1:2 дауномицина
с двухспиральными дезокситетрануклеотидами, то
есть изменение энтропии при формировании таких
комплексов заметно меньше по абсолютной вели-
чине, чем AS для других комплексов антибиотика
с тетрамером (табл. 1). Можно предположить, что
при связывании дауномицина с дуплексом дезокси-
тетрануклеотида его аминосахарное кольцо, распо-
лагаясь в малой бороздке двойной спирали, вытес-
няет имеющиеся там молекулы воды [271 и тем
самым вносит дополнительный положительный
вклад в AS. Отметим при этом, что в комплексах
1:2 дауномицина с дезокситетрануклеотидом доста-
точно весомый вклад в отрицательное значение AS
может дать возрастание жесткости двухспиральной
структуры при встраивании молекулы антибиотика
[19]. Энтропия в этом случае уменьшается вслед-
ствие ограничения числа возможных конформаци-
онных состояний [26 ].
Из табл. 1 видно, что термодинамические па-
раметры АН и AS образования комплекса 1:1
дауномицина с одноцепочечной тетрануклеотидной
последовательностью существенно выше по абсо-
лютной величине, чем АН и AS связывания анти-
биотика с дуплексом тетрамера. Это, по-видимому,
связано со значительно большими конформацион-
ными изменениями в одноцепочечной последова-
тельности и ощутимо меньшей ролью гидрофобных
взаимодействий, дающих положительный вклад в
АН и AS, при комплексообразовании ароматиче-
ских лигандов с однонитчатым олигонуклеотидом
по сравнению с двухспиральным [22 ]. Следует
отметить, что качественно аналогичная картина
для комплексов 1:1 и 1:2 имела место и при
связывании ароматических молекул красителей
профлавина [13] и бромистого этидия [14 ] с дезок-
ситетрануклеотидом 5'-d (TGCA).
Значения энтальпии и энтропии образования
комплекса 2:1 дауномицина с одноцепочечным де-
зокситетрануклеотидом меньше по абсолютной ве-
личине, чем АН и AS для комплекса 1:1 (табл. 1).
Можно предположить, что наблюдаемые различия
определяются, в основном, стерическими фактора-
ми: местами преимущественной посадки дауноми-
цина являются триплетные нуклеотидными после-
довательности, при этом аминосахарный остаток
частично блокирует третье азотистое основание в
цепи тетрамера и тем самым ограничивает число
возможных контактов второй молекулы антибиоти-
ка с нуклеотидной последовательностью. В случае
же комплекса 2:2, когда две молекулы дауномици-
на взаимодействуют с дуплексом тетрамера, неко-
торое увеличение абсолютных значений АН и AS
по сравнению с комплексом 1:2, возможно, связано
с тем, что вторая молекула дауномицина (также по
стерическим причинам) присоединяется снаружи
двойной спирали за счет стэкинг-взаимодействия
между хромофором антибиотика и терминальной
парой оснований тетрануклеотидного дуплекса.
Следует отметить, что значения энтальпии и энт-
ропии образования комплексов дауномицин — де-
зоксиолигоиуклеотид, полученные в настоящей ра-
боте, хорошо согласуются с величинами АН и AS,
определенными методом микрокалориметрии при
исследовании связывания антибиотика с полимер-
ной молекулой ДНК [23 | и синтетическими пол-
инуклеотидами с чередующимися типами (риг-руг,
руг-риг) оснований в цепи [28 ].
Структуры комплексов. Индуцированные хи-
мические сдвиги протонов дауномицина Adi = дт -
- ό,, где ι = 1, 2, 3, 4 соответствует типу комплекса
(табл. 2), значительно меньше, чем рассчитанные
величины Adi для аналогичных комплексов иссле-
дованного тетрануклеотида с красителями профла-
вином и бромистым этидием [13, 14]. Относитель-
но низкое экранирование необмениваюшихся про-
токов дауномицина в комплексах с
одноцепочечным и двухспиральным дезокситетра-
нуклеотидом предполагает, что взаимная ориента-
ция хромофора антибиотика и плоскостей пар ос-
нований существенно отлична от наблюдаемой для
ароматических: молекул красителей профлавина и
бромистого этидия.
В частности, можно сделать заключение, что
хромофор антибиотика ориентирован не парал-
лельно, а перпендикулярно длинной оси пар осно-
ваний в спирали, как это имеет место в кристалли-
ческой структуре интеркалированного комплекса
[4, 5]; необмениваюгдиеся протоны в А- и D-коль-
цах хромофора (рис. 1) располагаются при этом
достаточно далеко от плоскостей пар оснований в
интеркалированном комплексе и их экранирование
невелико.
Анализ структуры комплексов 1:2 дауномици-
на с дезокситетрануклеотидным дуплексом прово-
дили, как и раньше [13, 14], на основании рассчи-
159
ВЕСЕЛКОВ А Н И ДР.
танных значений индуцированных химических
сдвигов прогонов (табл. 2) и данных 2М-ЯМР
спектроскопии. Использовали модифицированную
модель эквивалентных магнитных диполей [14],
полученную в результате аппроксимации кванто-
во-механических кривых экранирования для азоти-
стых оснований нуклеиновых кислот [29]. При
расчете пространственной структуры комплекса да-
уномицина с дезокситетрануклеотидом d (TGCA)
применяли алгоритм преобразования координат
атомов и программу, реализующую этот алгоритм,
разработанну ю в ИТЭБ F1AH [30]. Последователь-
ность преобразований координат в двойной спирали
отвечала изменению параметров to (пропеллер), к
(излом пары), τ (наклон пары), ρ (крен), Dx
(сдвиг), Dy (скольжение), Ω (закручивание), Dz
(подня(тие) [31 ]. В настоящей работе рассчитывали
экранировку необменивающихся протонов хромо-
фэра дауномицина парами Т А и G-C в интерка-
лированном комплексе 1:2 при вариации конфор-
мационных параметров спирали. Вычислительная
процедура нахождения конформационных парамет-
ров интеркалированного комплекса достаточно под-
робно описана в [14]. На рис. 5 представлена в
различных проекциях рассчитанная наиболее веро-
ятная структура комплекса 1:2 дауномицина с
d(TlpG2pC3pA4), отвечающая интеркаляции хро-
мофора антибиотика в d(Tl-G2)-участок тетраме-
ра. Пространственное изображение структуры по-
лучено с помощью программы «Mathematica 2.2»
(Wolfram Res Inc.). Длины связей и валентные
углы в структуре молекулы дауномицина взяты из
данных рентгеноструктурного анализа [32 ]. Интер-
кэлированный комплекс характеризуется следую-
щими параметрами спирали: Dz = 0,70 нм, Ω = 35°,
α> = -6,0°, τ = 7,8°, Dx = 0,15 нм, Dy = 0,08 нм, ρ=
= 3,5°, к = -2,0°. Хромофор антибиотика располага-
ется перпендикулярно оси спирали на равных рас-
стояниях (0,35 нм) от плоскостей верхней и ниж-
ней пары оснований в d(Tl-G2)-участке и по-
вернут на угол = 106° по отношению к нижней
паре оснований, в результате чего обеспечивается
относительно слабое экранирование необмениваю-
щихся протонбв в кольцах A h D хромофора.
Оценки с использованием суммарных констант
спин-спинового взаимодействия для протонов Hl ' ,
Н2' и Н2" дезоксирибозы [33] позволяют заклю-
чить, что дезоксирибозные остатки исследованного
тетрамера в комплексе с дауномицином преимуще-
ственно находятся в С2'-эндо-конфсрмациях, соот-
ветствующих В-форме ДНК.
Результаты рентгеноструктурных исследований
подобных комплексов в кристалле [4, 5] свидетель-
ствуют о том, что конформации кольца А хромофо-
ра и аминосахара дауномицина при связывании с
дезоксиолигонуклеотидами претерпевают сущест-
венные изменения по сравнению со свободной мо-
лекулой антибиотика, чтобы обеспечить энергети-
чески и стерически наиболее выгодную укладку
аминосахарного кольца в малой бороздке правой
спирали ДНК. Этот вывод подтверждается исследо-
ваниями, проведенными в растворе [21 ], согласно
которым взаимная ориентация плоскостей хромо-
фора и аминосахарного остатка в молекуле дауно-
мицина, связанной с ДНК, существенно отличается
от наблюдаемой в кристалле для свободного анти-
биотика [32 ]. В расчетной наиболее вероятной
структуре комплекса 1:2, представленной на рис. 5,
Таблица 2
Расчетные значения индуцированных химических сдвигов (параметров экранирования) протонов (М\, м. д.) дауномицина в
составе различных комплексов с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе (Т-303 К, pD 7,1)
Комплекс
Протон 1 : 1 I : 2 2 : 1 2 : 2
Offi
Д і ї &02 ДЭЗ Δ ί 4
Offi
Hl 0,20 0,32 0,31 0,42 7 , 8 3
Н2 0,50 0,56 0,56 0,10 7 , 7 8
НЗ 0,24 0,20 0,30 0,33 7 , 5 5
Н Г 0,24 0,33 0,13 0,10 5 , 5 3
OCH3 0,26 0,12 0,19 0,08 4 , 0 2
Н8е 0,25 0,07 0,17 0,21 2 , 2 6
HlOe 0 , 4 5 0,58 0,49 0,33 3 , 0 6
160
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДАУНОМИЦИНА С J'-d(TpGpCpA) В РАСТВОРЕ
Рис. 5. Расчетная пространственная структура 1:2-комплекса
дауномицина с 5'-d (TGCA); а — вид на комплекс сбоку
(хромофор и аминосахарное кольцо антибиотика заштрихова-
ны); 6 — в и д на d (TG)-участок со встроенным антибиотиком
сверху, показывающий взаимное расположение азотистых осно-
ваний и хромофора дауномицина в 1:2-комплексе
аминосахарный остаток располагается в малой бо-
роздке двойной спирали и фактически блокирует
третью пару оснований, что, по-видимому, являет-
ся основной причиной низкой вероятности связыва-
ния второй молекулы антибиотика с коротким
дезокситетрануклеотидным дуплексом. Важно от-
метить, что раскручивание спирали в месте интер-
каляции практически отсутствует и составляет
лишь 1° (Ω = 35°). Полученный результат хорошо
согласуется с рентгеноструктурными данными [4,
5 ]. Вместе с тем в работе [5 J обнаружено раскру-
чивание соседних с участком интеркаляции пар
оснований на 8°, то есть при комштексообразовании
с интеркалятором, в состав которого входят струк-
турно-сложные заместители, располагающиеся в
бороздках ДНК, наблюдается конформационные
эффекты более дальнего порядка, свидетельствую-
щие об определенной структурной гибкости двой-
ной спирали ДНК. Наблюдаемый угол раскручива-
ния 11° на одну молекулу дауномицина при комп-
лексообразовании с суперспиральной ДНК в рас-
творе, очевидно, отражает суммарный
конформационный эффект интеркаляционного свя-
зывания антибиотика [34 ].
Авторы выражают благодарность Объе-
диненному исследовательскому центру Лондонско-
го университета за предоставленную возможность в
Беркбек колледже использовать для измерений
ЯМР-спектрометр 500 МГц.
О. Н. Веселков, Р. Дж. Ітон, С. Ф. Баранова,кий,
С. Г. Осетров, В. I. Пахомов, П. А. Болотин, Л. Н. Димаит,
Д. Б. Девіс
Аналіз взаємодії антибіотика дауноміцина з дезокситетранукле-
отидом 5'-d(TpGpCpA) у водному розчині методом ЯМР-спект-
роскопії
Резюме
Методом одновимірної і двовимірної (2M-TOCSY і 2М-NCjE-
ξίΥ) гомоядерної ПМР-спектроскопії та гетероядерної 2М- H-
Р-ЯМР-спектроскопії (300 МГц) досліджено комплексоутво-
рення антибіотика дауноміцина з дезокситетрануклеотидом
S-d(TpGpCpA) у водно-сольовому розчині. За виміряними кон-
центраційними і температурними залежностями протонних
хімічних зсувів молекул розраховано рівноважні константи
реакцій, відносний вміст різних типів комплексів у залежності
від концентрацій і температури та термодинамічні пара-
метри AH і AS комплексоутворення молекул. Аналіз отрима-
них результатів дозволяє зробити висновок стосовно того,
що місцями переважної посадки дауноміцина є триплетні
нуклеотидні послідовності. Зв'язування другої молекули дау-
номіцина як з одноланцюговою, так і з дуплексною формою
тетрамера має виражений антикооперативний характер. По-
будовано найвірогіднішу просторову структуру комплексу 1:2
антибіотика з дезокситетрануклеотидом за розрахунковими
значеннями граничних значень хімічних зсувів протонів дау-
номіцина у складі комплексу і даними 2M-NOE.
А. N. Veselkov, R. J. Eaton, S. F. Baranovsky, S. G. Osetrov,
V. I. Pahomov, P. A. Bolotin, L. N. Djimant, D. Β. Davies
NiVIR analysis of the interaction of antibiotic daunomycin with
deoxytetranucleotide, 5'-d(TpGpCpA), in aqueous solution
Summary
One-dimentional and two-dimentional (2D-TOCSY and 2 D-N CfE-
^VJ homonuclear H NMR spectroscopy and heteronuclear 2D- H-
P-NMR spectroscopy have been used to investigate the comple-
xation of the antibiotic daunomycin with deoxytetranucleotide
5'-d(TpGpCpA) in aqueous salt solution The equilibrium reaction
constants, relative content of different types of complexes as a
function of concentration and temperature of solution and thermo-
dynamical parameters AH and AS of complexation of the molecules
have been calculated using experimental concentrational and tempe-
rature dependences of the proton chemical shifts of the interacting
molecules. Analysis of the results has shown that the most favou-
rable binding sites for daunomycin are triplet nucleotide sequences.
Binding of the second daunomycin molecule with both single-
stranded and duplex forms of the tetranucleotide is highly anti-
161
ВЕСЕЛКОВ A H И ДР.
cooperative. The most favourable structure of 1:2 antibiotic-deoxy-
tetranucleotide complex has been constructed using the calculated
limiting proton chemical shifts of daunomycin protons in the
intercalated complex and 2D-NOE data.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Arcamone F. Doxorubicin: anticancer antibiotics.—New York:
Acad, press, 1981.—325 p.
2. Arcamone F., Penco S. Antracyclines and Antracenedione —
based Anticancer Agents / Ed. J. W. IjOwn.—New York:
Elsevier, 1988.—P. 1—43.
3. Pigram W. /., Fuller W., Hamilton L. D. Stereochemistry of
intercalation. Interaction of daunomycin with DNA / / Nature
New Biol. —1972,—235.—P. 17—19.
4. Quigley G. J., Wang A. H.-J., Ughetto G., van der Marel G.
van Boom J. H., Rich A. Molecular stmcture of anticanner
drug-DNA complex: daunomycin plus d(CpGpTpApCpG) I l
Proc Nat. Acad. Sci. USA.—1980.—77.—P. 7204—7208.
5. Wang A. H.-J., Ughetto G., Quigley G. J., Rich A. Interaction
between an anthracycline antibiotic and DNA: molecular struc-
ture of daunomycin complexed to d(CpGpTpApCpG) at 1.2 A
resolution Il Biochemistry.—1987.—26.—P. 1152—1163.
6. Dalgleish D. G., Frey G., Kersten W. Circular dichroism
studies of complexes of the antibiotics daunomycin, noga-
lamycin, chromomycin and mithramycin with DNA / / Biopoly-
rners.—1974.—13.—P. 1757—1766.
7. Neidle S., Sanderson M. R. Molecular Aspects of Anti-Cancer
Drug Action / Eds S. Neidle, M. J. Waring.—Weinlan: Verlag
Chemie, 1983.—P. 35—57.
8. Chaires J. B. Equilibrium studies on the interaction of dauno-
mvcin with deoxypolynucleotides / / Biopolymers.—1983.—
22,—P. 4204—4211."
9. Newlin D. D., Miller K. /., Pilch D. F. Interactions of
molecules with nucleic acids. VH Intercalation and T A spe-
cificity of daunomycin in DNA / / Biopolymers.—1984.—23.—
P. 139—158.
10. Chen K.-X., Gresh N., Pullman B. A theoretical exploration of
conformational aspects of daunomycin intercalation into a DNA
minihelix / / J. Biomol. Struct. Dyn.-1985.—3.—P. 445—
466.
11. Chaires J. B., Dattagupta N., Crothers D. M. Studies of
interaction of anthracycline antibiotics and deoxyribonucleic
acid: equilibrium binding studies on interaction of daunomycin
with deoxyribonucleic acid / / Biochemistry.—1982.—21.—
P. 3933—3940.
12. Chaires J. B., Fox K. R., Herrera J. E., Britt M., Waring M.
J. Site and sequence specificity of the daunomycin-DNA
interaction / / Biochemistry. —1987.—27.—P. 8227—8236.
13. Davies D. B., Djimant L. N.. Veselkov A. N. 1H. NMR
structural analysis of the interaction of proflavine with self-
complementary deoxytetranucleotides of different base se-
quence / / Nucleot. and Nucleos.—1994.—13.—P. 637—655.
14. Davies D. B., Karawajew L., Veselkov A. N. 1H NMR
Structural analysis of ethidium bromide complexation with
self-complementary deoxytetranucleotides 5'-d(ApCpGpT), 5'-
d(ApGpCpT) and 5'-d(TpGpCpA) in aqueous solution I l
Biopolymers.—1996.—38.—P. 745—757.
15. Huang Y. M., Phillips D. R. Thermodynamics of the interac-
tion of daunomycin with DNA Il Biophys. Chem.—1977.—
6 — P. 363—368.
16. Веселкой A. H., Дымант Л. H., Болотин Π. Α., Баранов-
ский С. Φ·, Веселков Д. A., VUunn Д., Дэвис Д. Исследо-
вание взаимодействия бромистого этидия с самокомпле-
ментарным дезокситетрануклеотидом 5'-d(ApCpGpT) в во-
дном растворе методом 'Н-ЯМР спектроск пии / / Биопо-
лимеры и клетка.—1995.—И, № 3.—С. 42—54.
17. Evans J N. S. Biomolecular NMR spectroscopy.—London:
Oxf. Univ. press, 1995.—444 p.
18. Итон P. Дж., Веселков Д. Α., Дэвис Д. Б., Дымант Л. H.,
Веселкой А. Н. Исследование самоассоциации антрацик-
линового антибиотика дауномицина в водном растворе
методом 1H ЯМР спектроскопии / / Хим физика. —1999.—
18, № 6.
19. Веселков A. H., Дымант Л. H., Косіищев В. В., Лисютин
В. А., Паркес X. Г., Дэвис Д. Б. Исследование самоас-
социаций молекул дезокситетрарибонуклеозидтрифосфа-
тов d(TpGpCpA) а водном растворе методом 1H ЯМР
спектроскопии / / Биофизика. —1995 —40.—С. 283—292.
20. Searle М. S., Lanv А. N. 31P NViR investigation of the
backbone conformation and dynamics of the hexamer duplex
5'-d(GCATGC);j in ils complex with the antibiotic nogalamycin
/ / FEBS Lett.—1992.—297.—P. 292—296.
21. Веселков A. H., Мороиікина Ε. Б., Соболева О. И.,
Фрисман Э. В. Сравнительное, исследование взаимодей-
ствия ДНК с дауномицином и профлавином в растворе I l
Молекуляр. биология, —1984.—18.—С. 481—487.
22. Davies D. В., Djimant L. N., Baranovsky S. F., Veselkov А.
N. 1H NMR determination of the thermodynamics of drug
complexation with single-stranded and double-stran ied oligo-
nucleotides in solution: ethidium bromide complexation with
deoxytetranucleotides 5'-d(ApCpGpT), 5'-d(ApGpCpT) and
5'-d(TpGpCpA) Il Biopolymers.—1997.—42.—P. 285—295.
23. Chaires J. B. Thermodynamics of the daunomycin-DNA inter-
action: Ionic strength dependence of the enthalpy and entropy
/ / Biochemistry.—1985.—24,—P. 403—419.
24. Ross P. D., Subramanian S. Thermodynamics of protein
association reactions: forces contributing to stability / / Ibid.—
1981.—20.—P. 3096—3102,
25. Marky L, Blumenfeid K. S., Breslauer K. J. Calorimetric and
spectroscopic investigation of drug-DNA interaction. I. Binding
of netropsin to poly dl(AT) / / Nucl. Acids Res.—1983.—11.—
P. 2857—2870.
26. Sturtevant J. M. Heat capacity and entropy changes in
processes involving proteins / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—
1977.—74,—P. 2236—2240.
27. Kemmrd O., Hunter W. N. Oligonucleotide structure a decade
of results from single crystal X-ray diffraction studies / / Quart.
Rev. Biophys.—1989.—22,—P. 327—379.
28. Remeta D. P., Mucld C. P., Berger R. L., Breslauer K. J.
Thermodynamic characterization of daunomycin DNA-interac-
tions: microcalorimetric measurements of daunomycin -DNA
binding enthalpies Il Biochemistry·—1991.—B30.—P. 9799—
9809.
29. Giessner-Prettre C., Pullman B. Quantum mechanical calcula-
tions of NMR chemical shifts in nucleic acids / / Quart. Rev.
Biophys.—1987.—2(1.—P. 113—172.
30. Poltev V. I., Teplukhin Α. V. Conformational implication of
some nucleotide sequences / / Int. J. Quant. Chem.—1989.—
35.—P. 91 — 102.
31. Dickersoti R. E. Definition and nomenclature of nucleic acid
structure parameters / / J. Biomol. Struct. Dyn.—1989.—6.—
P. 627—634.
32. Neidle S., Taylor G Nucleic acid binding drugs. Pt IV. The
crystal structure of the anti-cancer agent daunomycin / /
Biochim. el biophys. acta.—1977.—478.—P. 450—459.
33. Searle M S. NMR studies of drug-DNA interactions / / I'rogr.
NMR Spectr.—1993 —25.—P. 403—480.
34. Blackburn G. M., Gait J. M. Nucleic Acids in Chemistry and
Biology.—Oxford; New York; Tokyo: Oxford Univ. jpress,
1990.—336 p.
Поступила в редакцию 24.02.98
УДК 577.113
162
|