Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами

Взаимодействие динитроанилиновых соединений с молекулами тубулина характеризуется чрезвычайно высокой избирательностью – эти вещества эффектив но связываются с тубулинами растительного, а также протозойного происхождения и практически не взаимодействуют с тубулинами животных и грибов, несмотря на чр...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Цитология и генетика
Дата:	2009
Автори:	Ныпорко, А.Ю., Емец, А.И., Брыцун, В.Н., Лозинский, М.О., Блюм, Я.Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України 2009
Теми:	Обзорные статьи
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66655
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами / А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 3. — С. 56-70. — Бібліогр.: 96 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860119951259467776
author	Ныпорко, А.Ю. Емец, А.И. Брыцун, В.Н. Лозинский, М.О. Блюм, Я.Б.
author_facet	Ныпорко, А.Ю. Емец, А.И. Брыцун, В.Н. Лозинский, М.О. Блюм, Я.Б.
citation_txt	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами / А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 3. — С. 56-70. — Бібліогр.: 96 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Цитология и генетика
description	Взаимодействие динитроанилиновых соединений с молекулами тубулина характеризуется чрезвычайно высокой избирательностью – эти вещества эффектив но связываются с тубулинами растительного, а также протозойного происхождения и практически не взаимодействуют с тубулинами животных и грибов, несмотря на чрезвычайно высокий уровень сходства их последовательностей. Структурные особенности и механизмы этого взаимодействия обобщены и детально проанализированы в настоящем исследовании. Взаємодія динітроанілінових сполук з молекулами тубуліна характеризується надзвичайно високою вибірковістю – ці речовини ефективно зв’язуються з тубулінами рослинного, а також протозойного походження і практично не взаємодіють з тубулінами тварин і грибів, незважаючи на надзвичайно високий рівень схожості їх послідовностей. Структурні особливості і механізми цієї взаємодії узагальнені і детально проаналізовані в цьому дослідженні. The interaction of dinitroaniline compounds with tubulin molecules is characterized by extraordinary selectivity – these matters effectively associate with plant as well as protozoan tubulin and practically don’t interact with fungal and animal tubulin in spite of extraordinarily high level of similarity of their sequences. Structural features and mechanisms of this interaction are generalized and in detail analysed in this research.
first_indexed	2025-12-07T17:38:51Z
format	Article
fulltext	Обзорные статьи А.Ю. НЫПОРКО 1, 2, А.И. ЕМЕЦ 2, В.Н. БРЫЦУН 3, М.О. ЛОЗИНСКИЙ 3, Я.Б. БЛЮМ 1 1 Институт пищевой биотехнологии и гномики НАН Украины, Киев 2 Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, Киев 3 Институт органической химии НАН Украины, Киев E/mail: dfnalex@gmail.com СТРУКТУРНО БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТУБУЛИНА С ДИНИТРОАНИЛИНАМИ Взаимодействие динитроанилиновых соединений с молекулами тубулина характеризуется чрезвычайно высокой избирательностью – эти вещества эффектив� но связываются с тубулинами растительного, а также протозойного происхождения и практически не взаимо� действуют с тубулинами животных и грибов, несмотря на чрезвычайно высокий уровень сходства их последова� тельностей. Структурные особенности и механизмы этого взаимодействия обобщены и детально проанали� зированы в настоящем исследовании, в частности оха� рактеризованы закономерности структуры и располо� жения сайтов связывания динитроанилинов на поверх� ности разных субъединиц тубулина и тубулинов разного происхождения. Сайты связывания динитроанилинов располагаются на поверхностях продольных контактов между субъединицами тубулина, содержат остатки диаминовых аминокислот (лизина либо аргинина), свя� зывающих нитрильную группу динитроанилинов. Лока� лизация сайтов на поверхности одинаковых субъединиц различного происхождения (например, α�тубулинов рас� тений и простейших) совпадает, однако расположение сайтов связывания на поверхности α� и β�субъединиц тубулина является различным. Охарактеризованные сайты потенциально могут быть местами связывания и других антимикротрубочковых соединений, в част� ности цианоакрилатов. Особенности структуры динитроанилиновых соединений Соединения динитроанилиновой природы, в частности производные 2,6�динитроанилина, получили широкое распространение в сельско� хозяйственной практике благодаря своим гер� бицидным свойствам [1, 2]. Они также извест� ны как эффективные антипротозойные агенты [2]. Как правило, гербициды динитроанилино� вого ряда имеют заместители в положении 4 бензольного кольца. В качестве таких замести� телей обычно выступают трифторметильная группа (у таких производных 2,6�динитроани� линов, как трифлюралин, эталфлюралин, нит� рофор, динитрамин, флухлоралин, профлура� лин) либо алкильная, нитрильная, алкоксиль� ная, сульфидная, сульфонильная и сульфоксидная группы. Кроме того, аминогруппа в положе� нии 1 бензольного кольца динитроанилинов, как правило, также несет группы�заместители. В качестве таких заместителей выступают угле� водородные цепи различной длины и разветв� ленности, к которым, в свою очередь, могут присоединяться атомы галогенов, гомо� и ге� тероциклы и др. Кроме того, некоторые гер� бициды могут также содержать группы�замес� тители в положении 3 и 5 бензольного кольца, в качестве которых обычно выступают атомы галогенов (хлор либо бром), нитрильные и аминогруппы. Структурные формулы и сельско� хозяйственное назначение ряда наиболее упот� ребляемых гербицидов приведены в табл. 1. Пространственная структура 2,6�динитро� анилинов характеризуется рядом общих зако� номерностей. Геометрия их общего участка, который включает в себя бензольное кольцо, остаток аминогруппы в положении 1 и две нитрильные группы в положениях 2 и 6, име� ет весьма сходный характер. Смещение элект� ронной плотности в стороны атомов кислоро� да на нитрильных группах приводит к возник� новению у каждого из рассматриваемых сое� динений двух областей с ярко выраженным отрицательным электростатическим потенциа� лом (рис. 1, см. вклейку в конце номера). Однако ориентация нитрильных групп отно� сительно бензольного кольца, возникающая как результат поворота относительно соответ� ствующих С�N связей, варьирует (табл. 2), причем по характеру этой ориентации наблю� дается четкое разделение гербицидов на два подкласса. Гербициды с асимметричными за� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 456 © А.Ю. НЫПОРКО, А.И. ЕМЕЦ, В.Н. БРЫЦУН, М.О. ЛОЗИНСКИЙ, Я.Б. БЛЮМ, 2009 ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 4 57 Структурно�биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами Таблица 1 Наиболее используемые гербициды динитроанилинового ряда Гербицид Синонимы Структурная формула Химическое название Основное применение Трифлюралин Оризалин Пендимета� лин Эталфлюра� лин Нитралин Нитрофор Трефлан, агрефлан, кри� салин, трифлюрекс, нитран трефаноцид, ди� гермин, эланколан Сурфлан, диримал, ри� целан, рицелон, динит� ропил, сулфаниниламид Пеноксалин, тендимета� лин, феноксалин, герба� докс, аккотаб, пеноксин, сипаксол проул, стомп, вэйап, гоугоусан Соналан, бувилан эдж Планавин, ниралин, пла� нуин – 2,6�динитро�4�(три� фторметил)�N,N�ди� пропиланилин 4�аминосульфонил� 2,4�динитро�N,N�ди� пропиланилин 3,4�диметил�2,6�ди� нитpo�N�(пентил�3) анилин N�(2�метилпропе� нил�2)�2,6�динитро� 4�(трифторметил)� N,N�этиланилин 4�метилсульфонил� 2,6�динитро�N,N� дипропиланилин 2,6�динитро�4� (трифторметил)� N,N�диэтиланилин Для борьбы с сорняка� ми в посевах хлопчат� ника, в овощных куль� турах (1–2 кг/га) Для борьбы с сорня� ками в посевах сои, рапса, картофеля (1– 2 кг/ га) Предпосевной и пред� всходовый гербицид для борьбы с сорняка� ми в посевах хлопчат� ника (1–2 кг/га) Для борьбы с сорня� ками в хлопчатнике и сое (0,75–1,25 кг/га ) Для борьбы с сорняка� ми в посевах хлопчат� ника, томатов, капус� ты, сои (0,5–1 кг/га) Для борьбы с сорня� ками в посевах капус� ты, томатов, хлопчат� ника (3–6 кг/га) ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 458 А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм Гербицид Синонимы Структурная формула Химическое название Основное применение Продолжение табл. 1 Бенфлюралин Динитрамин Флухлоралин Профлюра� лин Изопропалин Бутралин Бенефин, бетродин, бана� фин, карпидор, флуба� лекс, беналан, бенефекс, бинел, боналан, балфин, блулан, эмблем, куалин, балан Кобекс Базалин Прегард, толбан Паарлан Дибуталин, рутралин, зитсаосол, буталин, та� мекс, нокраб, амекс N�бутил�2,6�динит� ро�4�(трифторме� тил)�N,N�этилани� лин 3�амино�2,6�динит� ро�4�(трифторме� тил)�N,N�диэтил� анилин 2,6�динитро�N�про� пил�4�(трифторме� тил)�N�(2�хлорэтил) анилин 2,6�динитро�N�про� пил�4�(трифторме� тил)�N�(циклопро� пил)анилин 4�изопропил�2,6� динитро�N,N�ди� пропиланилин N�(бутил�2)�4� трет�бутил�2,6�ди� нитроанилин Предвсходовый гер� бицид для борьбы с сорняками в посевах люцерны и табака (1–1,5 кг/га) Предпосевной герби� цид для борьбы с сор� няками в посевах хлопчатника, сои, подсолнечника и др. (0,35–0,75 кг/га) Для борьбы с сорня� ками в посевах хлоп� чатника и сое (0,5–1,5 кг/га) Для борьбы с сорня� ками в посевах хлоп� чатника, сои, подсол� нечника и др. (0,75–1,5 кг/га) Предвсходовый гер� бицид для борьбы с сорняками в посе� вах томатов, перца, картофеля и бобовых (1,1–2,3 кг/га) Предвсходовый гер� бицид для борьбы с сорняками в посе� вах сои и хлопчатни� ка (0,75–1,5 кг/га) местителями при аминогруппе (пендиметалин, эталфлюралин, бенфлюралин, профлюралин, бутралин) характеризуются дифференцирован� ными углами разворота нитрильных групп – разность между ними составляет от 7,5° (про� флюралин) до 42° (эталфлюралин). Гербици� ды с симметричными заместителями (трифлю� ралин, оризалин, нитралин, нитрофор, динит� рамин, флюхлоралин), напротив, характери� зуются сходной либо идентичной ориентаци� ей обеих NO2�групп – величина отклонения не превышает 4°, а в случае нитрофора пово� рот групп относительно соответствующих C–N�связей оказывается идентичным. В то же время величины зарядов на атомах кисло� рода в нитрильных группах практически иден� тичны для всех гербицидов – их колебание не превышает 0,06. Динитроанилины – соединения с антимикротрубочковым механизмом активности Понимание особенностей структуры ди� нитроанилиновых соединений является важ� ным фактором понимания особенностей ме� ханизмов их воздействия на растительную клет� ку. Несмотря на широкий спектр клеточных (физиологических) нарушений у растений, вы� зываемых веществами динитроанилиновой природы [1, 3], основным свойством, обуслов� ливающим гербицидное действие этих соеди� нений, является их антимитотическая актив� ность [4–7]. Последняя, в свою очередь, обус� ловлена способностью динитроанилинов вы� сокоспецифичным образом связываться с ту� булином – основным структурным компонен� том микротрубочек, приводя к их деполиме� ризации [8]. Способность связываться с изо� лированным растительным тубулином и та� ким образом ингибировать сборку микротру� бочек была продемонстрирована в экспери� ментах in vitro [8], после чего подтверждена в условиях in vivo. Следует отметить, что антимикротрубочко� вая активность динитроанилинов сама по себе не является уникальным свойством этой груп� пы соединений. Способность молекул α� и β� тубулина специфическим образом связывать ряд низкомолекулярных соединений различной химической природы [9–11] делает их основ� ной клеточной мишенью для целого ряда ком� мерчески значимых соединений, используемых в качестве противоопухолевых, гербицидных, фунгицидных, антигельминтных и антипрото� зойных средств [11–13]. Такого рода связыва� ние может обусловливать два типа нарушения структуры микротрубочек, формируемых α� и β�тубулинами. В первом случае низкомолекулярное вещес� тво связывается с мономерами или димерами ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 4 59 Структурно�биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами Таблица 2 Характеристика структурных особенностей различных динитроанилинов Гербицид Ориентация нитриль� ной группы 2 по отно� шению к плоскости бензольного кольца, градус Заряд на атомах кислорода нитрильной группы 2 Ориентация нитриль� ной группы 6 по отно� шению к плоскости бензольного кольца, градус Заряд на атомах кислорода нитрильной группы 6 Трифлюралин Оризалин Пендиметалин Эталфлюралин Нитралин Нитрофор Бенфлюралин Динитрамин Флухлоралин Профлюралин Изопропалин Бутралин 48,60 41,30 65 33,7 54,2 48,5 51,3 46,5 40,6 32,1 43,5 47 –0,58 –0,59 –0,55 –0,57 –0,57 –0,58 –0,59 –0,58 –0,5 –0,59 –0,59 –0,58 –0,58 –0,58 –0,58 –0,62 –0,56 –0,57 –0,58 –0,6 –0,59 –0,59 –0,58 –0,61 48,9 40,8 28,4 75,7 52,2 48,5 42,4 47,1 42,9 39,6 42,5 8 –0,58 –0,59 –0,56 –0,57 0,59 –0,58 –0,57 –0,58 –0,60 –0,58 –0,59 –0,58 –0,56 –0,6 –0,6 –0,6 –0,56 –0,56 –0,58 –0,6 –0,59 –0,6 –0,59 –0,6 тубулина, препятствуя полимеризации послед� них в надмолекулярные комплексы (микротру� бочки и ЦОМТы), вследствие чего происходит разрушение интерфазной сети микротрубочек и/или веретена деления (в зависимости от фазы клеточного цикла) [9–11]. Деполимеризующим микротрубочки механизмом действия наряду с динитроанилинами (и разделяющими с ними общий сайт связывания фосфоротиоамидами) характеризуются вещества, взаимодействую� щие с тубулином по колхициновому, винблас� тиновому/мэйтансиновому, ризоксиновому, бензимидазол/фенилкарбаматному сайтам, а также ряд других соединений [11, 13]. Во втором случае низкомолекулярные ве� щества связываются с полимеризованным в микротрубочки тубулином, необратимо стаби� лизируя микротрубочки [11, 14]. К веществам со стабилизирующим механизмом действия от� носятся таксаны, эпотилоны, лолималиды, сар� кодиктаины, элеутеробины [11, 13]. Однако взаимодействие соединений динит� роанилинового ряда с молекулами α�тубулина заключается в его чрезвычайно высокой специ� фичности – эти вещества эффективно связы� ваются с тубулинами растительного, а также протозойного происхождения и практически не взаимодействуют с тубулинами животных и грибов, несмотря на чрезвычайно высокий уровень сходства их последовательностей [8, 15–17]. Прочие классы химических соедине� ний, обладающих сродством к молекулам ту� булина (за исключением фосфороамидных со� единений), способны связываться с этими белками вне зависимости от происхождения последних. Особенности пространственной организации тубулинов Для более полного понимания механизмов специфического взаимодействия низкомолеку� лярных веществ и, в частности, динитроанили� нов с α� и β�тубулинами, необходимо остано� виться на некоторых особенностях простран� ственной структуры этих белков. Тубулины (α и β) представляют собой глобулярные белки массой порядка 50–55 кДа [18, 19]. Как α�, так и β�тубулины характеризуются весьма сходной пространственной сверткой полипептидных це� пей в нативной структуре и, соответственно, сходным расположением элементов вторичной структуры в молекулярном пространстве [20– 23] (рис. 2, см. вклейку в конце номера). Внут� реннюю часть тубулиновой глобулы образуют два β�слоя, которые располагаются приблизи� тельно под углом от 70 к 80° относительно друг друга. Периферийная область молекулярного пространства образована α�спиральными эле� ментами, длина и количество которых могут различаться у разных представителей надсе� мейства тубулинов. Первый складчатый слой образуется параллельными β�полосами, фор� мируя вместе с окружающими их спиралями типичную свертку Росмана, характерную для нуклеотид�связывающих белков. Второй β� слой – антипараллельный и также окружен α� спиральными элементами. Таким образом, по типу упаковки все ис� следуемые белки принадлежат к типу α/β со� гласно классификации SCOP [24], т.е. к тако� му, где спиральные и складчатые элементы че� редуются между собой. Сходство пространственной организации ту� булинов разных семейств и разных органичес� ких царств легко объясняется высокой степе� нью гомологии, которой характеризуется все надсемейство тубулинов [18, 25, 26]. В частнос� ти, было показано, что разница между про� странственными структурами α� и β�тубули� нов в основном ограничивается смещением элементов вторичной структуры, длиной и конформацией ряда петель и особенностями ориентации боковых цепей [20], что в даль� нейшем подтверждалось при изучении про� странственной структуры тубулинов растений [23]. Поэтому можно утверждать, что отличия пространственной структуры, определяющие наличие либо отсутствие у тубулинов различ� ного происхождения специфической избира� тельности в отношении тех или иных классов низкомолекулярных соединений (в частности, динитроанилинов), обусловлены различиями в конформациях боковых групп определенных аминокислотных остатков, следствием чего яв� ляются отличия молекулярной поверхности тубулинов из различных органических царств. В процессе полимеризации каждый моно� мер тубулина формирует четыре контактные поверхности (рис. 2). Две продольные контак� тные поверхности образуются в процессе ас� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 460 А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм социации α� и β�тубулина в гетеродимер (инт� радимерная поверхность) и последующей по� лимеризации гетеродимеров с образованием протофиламента (интердимерная поверх� ность) [27, 28]. Две латеральные поверхности формируются в результате контакта между од� ноименными субъединицами соседних прото� филаментов. Состав контактных поверхнос� тей тубулинов разного происхождения весьма консервативен, однако не идентичен (рис. 3, см. вклейку в конце номера), что свидетельст� вует об определенной толерантности структу� ры контактных поверхностей по отношению к случайным аминокислотным заменам. Мутации в молекулах тубулинов, обусловливающие устойчивость к динитроанилинам Имеющиеся в настоящее время данные сви� детельствуют о том, что пространственная структура поверхностей продольных и лате� ральных контактов между субъединицами ту� булина играет критическую роль в процессах специфичного взаимодействия между тубули� ном и его низкомолекулярными лигандами. Так, известно, что возникновение устойчивос� ти к веществам как с деполимеризующим, так и со стабилизирующим микротрубочки меха� низмом действия связано, как правило, с то� чечными заменами в α� либо β�субъединицах тубулина [12, 29–32]. В настоящее время вы� явлена 61 позиция для подобных мутаций, в сумме несущих порядка 90 возможных замен [32–71]. Их локализация в пространственной структуре тубулинов подчиняется определен� ным закономерностям: мутации, вызывающие устойчивость к веществам, которые деполиме� ризуют микротрубочки, приурочены к поверх� ностям продольных контактов, тогда как мута� ции, повышающие устойчивость к стабилизиру� ющим микротрубочки соединениям, располага� ются соответственно вблизи латеральных кон� тактных поверхностей и, как правило, экспо� нированы на поверхности молекулы [32, 72]. Не составляют исключения из этого прави� ла и мутации, обусловливающие повышенную устойчивость растений к гербицидам динит� роанилинового ряда. Классическим примером таких мутаций можно считать замены, найден� ные у гусиной травы (Eleusine indica L. Gaerth.). Вследствие интенсивного использования ди� нитроанилиновых гербицидов в сельском хо� зяйстве США этот сорняк приобрел устойчи� вость к динитроанилинам и в начале 80�х го� дов прошлого столетия стал настоящим бичом американских фермеров [73]. В настоящее время известны три биотипа этого вида, различающи� еся по уровню чувствительности/устойчивости к динитроанилиновым соединениям: чувстви� тельный (sensitive) S�биотип, высокоустойчивый (resistant) R�биотип и обладающий промежуточ� ным уровнем устойчивости (intermediate) I�био� тип [74]. Установлено, что устойчивость R�био� типа к динитроанилинам обусловлена точечной мутацией, приводящей к замене остатка треони� на в позиции 239 молекулы α�тубулина на изо� лейцин [15, 46], а устойчивость І�биотипа также обусловлена аминокислотной заменой в пози� ции 268, где метионин меняется на треонин [15, 46]. Позже было показано, что устойчи� вость к динитроанилинам сорняка Setaria viridis (щетинник зеленый, или мышей зеле� ный) [75] также обусловлена мутациями в по� ложениях 239 (треонин на изолейцин) и 136 (лейцин на фенилаланин) [60]. Кроме мутаций в молекуле α�тубулина рас� тений, следствием которых является умень� шение его сродства к динитроанилинам, по� добные замены обнаружены также и в β� субъединице. Так, устойчивость зеленой водо� росли Chlamydomonas reinhardtii Dang. к динит� роанилинам обусловлена заменой лизина в положении 350 молекулы β�тубулина на ме� тионин [37, 39], а причиной устойчивости у полученной нами ранее линии табака мек� сиканского (Nicotiana plumbaginifolia Viviani) [76] является замена серина в положении 248 на пролин [77]. Кроме того, показано, что аналогичная устойчивость к динитроанили� нам, обнаруженная у мятлика однолетнего (Poa annua L.), является следствием замены аргинина�241 на лизин [78]. Таким образом, наличие мутаций как в α�, так и в β�субъединицах растительного тубулина, определяющих устойчивость к динитроанили� нам, свидетельствует о том, что динитроанили� ны способны связываться как с α�, так и с β� тубулином, несмотря на высокую избиратель� ность этого взаимодействия. Кроме того, по� скольку позиция в аминокислотной последо� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 4 61 Структурно�биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами вательности, соответствующая 239 положению α�тубулина гусиной травы, является высоко� консервативной и содержит треонин практи� чески у всех представителей разных семейств тубулинов, ранее было высказано предположе� ние, что соответствующие замены в последова� тельностях β� и γ�тубулинов должны были бы вызывать повышение устойчивости к динитро� анилиновым соединениям [79]. Интересным является тот факт, что замены, повышающие резистентность растений к динитроанилинам, всегда обеспечивают устойчивость в отноше� нии еще одной группы гербицидов – фосфоро� тиоамидов, характеризующихся иной химичес� кой природой [74, 75, 80, 81], что с высокой долей вероятности свидетельствует о том, что оба эти класса веществ связываются с одним и тем же сайтом на поверхности тубулина. Как и места локализации мутаций, опреде� ляющих устойчивость к антимикротрубочко� вым соединениям, так и расположение извест� ных сайтов связывания этих веществ на поверх� ности молекул тубулина характеризуются оп� ределенными закономерностями. Все экспери� ментально выявленные и предсказанные сайты связывания веществ с деполимеризующим ме� ханизмом действия локализуются либо вблизи поверхностей продольных контактов между субъединицами тубулина, либо непосредствен� но на поверхностях в зоне этих контактов [32, 82–86], тогда как вещества, стабилизирующие микротрубочки, связываются с тубулином вбли� зи поверхностей латерального взаимодействия [87, 88]. Такая локализация сайтов связывания вполне логична и объяснима. Состояние поверх� ностей тубулина в области продольного кон� такта является критическим для процесса ас� социации субъединиц тубулина в димеры и последующего формирования протофиламен� тов. Таким образом, изменение их топологии, а тем более прямое связывание в этих местах молекулы антимикротрубочкового вещества закономерно приводит к нарушению сборки микротрубочек. Вместе с тем изменение топо� логии молекул тубулина в области латеральных контактов критично для перехода включенных в микротрубочку димеров тубулина из прямой в изогнутую конформацию вследствие гидро� лиза ГТФ β�тубулином, обеспечивающего воз� можность диссоциации микротрубочек [89]. Вероятно, что связывание тубулином вещества, стабилизирующего микротрубочки, препятст� вует этой структурной перестройке области ла� терального контакта, хотя нельзя исключить и наличия более сложных механизмов воздей� ствия стабилизирующих соединений на струк� туру тубулина [90]. Особенности взаимодействия динитроанилиновых соединений с α тубулином растений Для детального анализа структурных меха� низмов специфичного взаимодействия тубу� лина с динитроанилинами нами были рекон� струированы трехмерные структуры молекул α�тубулина из различных биотипов Е. indica, включая распределение электростатического потенциала на их поверхности и одновремен� ной локализацией сайта связывания динитро� анилинов [82, 83]. В результате анализа структуры молекуляр� ной поверхности α�тубулина гусиной травы и распределения на ней электростатического потенциала было установлено, что местом свя� зывания нитрильной группы динитроанили� нов является полость на поверхности молеку� лы в области интердимерного контакта между субъединицами тубулина, образованная ами� нокислотными остатками Арг2, Арг243, Вал250, Асп251, Вал252, Асн253, Глу254, а также час� тично Цис4, Гис8, Лей136 и Фен138 [82, 83] (рис. 4, а и рис. 5, см. вклейку в конце номера). При этом ближайшими к нитрогруппе являются остатки Арг2, Асп251 и Асн253. Дополнитель� ная аминогруппа аргинина в положении 2 экс� понирована на поверхности молекулы и ори� ентирована в сторону потенциальной области взаимодействия, внося таким образом непос� редственный вклад в формирование позитив� ного потенциала в районе обнаруженной по� лости. Напротив, кислотная группа аспартата в положении 251 погружена в толщу молекулы и ориентирована в противоположную от области взаимодействия сторону, не влияя, таким об� разом, на ее свойства. При осуществлении докинга различных ди� нитроанилинов с последующим анализом про� странственной структуры образованных комп� лексов растительного α�тубулина с ними пока� зано, что, кроме семи перечисленных остатков, ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 462 А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм во взаимодействие с лигандами вовлечены так� же остатки Глн133, Асн249 и Гли256. В частнос� ти, углеводородные цепи динитроанилиновых соединений располагаются в пространстве вдоль остатков, участвующих в формировании поверхности интердимерного контакта с субъе� диницей β�тубулина соседнего димера [82, 83]. Вполне закономерно, что в результате связы� вания α�тубулином молекулы динитроанилина в районе обнаруженного сайта последующая полимеризация микротрубочки оказывается не� возможной, поскольку гербицид становится стерическим препятствованием для нормально� го узнавания и связывания β�тубулина следую� щего димера. Кроме того, ряд остатков, которые образуют сайт взаимодействия, в частности Гли133, Асн249, Асп251 и Глу256, принимают участие во взаимодействии с молекулой ГТФ – обязательного фактора полимеризации тубули� на, присоединенного к последующему димеру. Наряду с этим важность остатка Арг�2 не огра� ничивается его вкладом в повышение позитив� ного электростатического потенциала сайта взаимодействия. Особая роль этой аминокисло� ты заключается в дополнительной стабилиза� ции образованных комплексов в результате взаимодействия ее аминогруппы с дополни� тельными группами динитроанилиновых сое� динений, которые являются индивидуальными для каждого конкретного соединения и, как правило, несут частичный отрицательный за� ряд (исключение составляют молекулы пен� диметалина, изопропалина и бутралина). Аминокислотный остаток треонина в по� зиции 239, замена которого на изолейцин при� водит к возникновению устойчивости к герби� цидам динитроанилинового, а также и фосфоро� амидного рядов [46], не экспонируется на по� верхности молекулы растительного α�тубулина. Впрочем, это является достаточно характерным для расположения мутаций, обусловливающих возникновение устойчивости к антитубулино� вым веществам с деполимеризующим механиз� мом действия [32, 72]. Но следует отметить, что треонин�239, хотя и не может принимать не� посредственного участия в связывании молеку� лы гербицида, но располагается прямо под об� наруженной полостью взаимодействия. При та� кой локализации замена остатка, происходящая в этой позиции, может непосредственно влиять на пространственную структуру сайта взаимо� действия α�тубулина с динитроанилинами. Сравнительный анализ молекулярной по� верхности α�тубулина R�биотипа гусиной травы показал, что замена треонина на изолейцин действительно является стерически эффектив� ной – она приводит к пространственной пере� ориентации боковых цепей соседствующих на поверхности молекулы и вблизи нее амино� кислотных остатков, в результате чего обнару� женная полость взаимодействия закрывается (рис. 4, б). Внедрение нитрильной группы ди� нитроанилинов в эту область на поверхности белка становится невозможным. Таким обра� зом, полученные результаты хорошо согласуют� ся с экспериментальными данными относи� тельно влияния точечной замены в положении 239 молекулы α�тубулина на уровень чувстви� тельности к динитроанилинам [15, 46]. В случае замены Мет�268 на Тре (α�тубулин І�биотипа) картина изменений, наблюдаемая в сайте взаимодействия, является несколько иной (рис. 4, в). Отмеченная замена вызывает не полное, а лишь частичное закрытие положи� тельно заряженной полости. Такая перестройка молекулярной поверхности в области сайта свя� зывания приводит к тому, что способность к образованию комплексов между гербицидом и белком частично сохраняется. В то же самое время результаты реконст� рукции трехмерной структуры молекул β� и γ� тубулинов свидетельствуют о том, что наличие остатков треонина в положениях 237 или 240 (которые соответствуют положению 239 в мо� лекуле α�тубулина) не влияет на формирование полости взаимодействия с изучаемыми герби� цидами, поскольку эта полость вообще отсут� ствует в обоих случаях (рис. 6, см. вклейку в конце номера) [91]. Замена же остатка треонина в этих положениях на остаток изолейцина не приводит к заметной реорганизации поверхнос� ти молекул как β�, так и γ�тубулинов, т.е. не влечет за собой никаких функциональных пос� ледствий. Следовательно, устойчивость молеку� лы тубулина к динитроанилинам определяется не только положением и природой заменяемо� го аминокислотного остатка, но и его простран� ственным микроокружением, формируемым соседствующими аминокислотными остатками. Таким образом, ранее сформулированный вы� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 4 63 Структурно�биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами вод о том, что замены Тре�237 в молекуле β�ту� булина и Тре�240 в молекуле γ�тубулина долж� ны приводить к их повышенной устойчивости к динитроанилиновым гербицидам [79], опро� вергается результатами пространственного мо� делирования. Полученные нами результаты по анализу особенностей пространственных структур мо� лекул α�тубулинов S�, І� и R�биотипов Е. indi� ca позже были подтверждены независимыми исследованиями по реконструкции сайта вза� имодействия с динитроанилинами молекулы α�тубулина из S. viridis. Как уже отмечалось, у этого растения были обнаружены две мутации, вызывающие повышенную устойчивость к ди� нитроанилинам – замена треонина на изолей� цин в позиции 239, аналогичная мутации у гу� синой травы, а также замена лейцина на фе� нилаланин в позиции 136 [60], входящей в сос� тав предсказанной нами ранее области взаимо� действия. Кроме этой, упомянутой авторами работы, показано, что сайт связывания динитро� анилинов расположен практически в зоне кон� такта между димерами тубулина. Это также со� гласуется с нашими данными. Возможные механизмы взаимодействия динитроанилинов с α тубулином простейших Как уже отмечено, динитроанилиновые со� единения обладают сродством не только к ту� булинам растительного, но также и протозой� ного происхождения. Антипротозойная актив� ность динитроанилинов продемонстрирована на целом ряде видов простейших, таких как Trypanosoma cruzi, Tr. brucei, Leishmania major, L. amazonensis, L. tropica, L. donovani, L. pana� mensis, Toxoplasma gondii, Plasmodium falciparum [16, 17, 92]. В то же время авторы исследований, посвященных изучению закономерностей вза� имодействия α�тубулинов простейших T. gondii и L. major с динитроанилинами, полагают, что хотя сайты взаимодействия, предсказанные для α�тубулина высших растений и простейших, частично перекрываются, связывание динитро� анилинов нарушает латеральные контакты меж� ду протофиламентами микротрубочек [93, 94]. Однако такие выводы по ряду причин являются дискуссионными. Во�первых, такое расположе� ние сайта выпадает из общей закономерности расположения сайтов связывания деполимери� зующих микротрубочки веществ, ранее рассмот� ренных в этой статье. Во�вторых, докинг ди� нитроанилинов в потенциальный сайт связы� вания α�тубулинов простейших произведен без учета того, что всем динитроанилинам присущ общий структурный компонент, подробно рассмотренный нами выше. В результате этого оризалин оказался пристыкованным к α�тубу� лину с помощью сульфоксильной группы. И, наконец, в�третьих, несмотря на то, что про� граммное обеспечение AutoDock [95], исполь� зованное авторами исследований для автома� тического поиска сайта взаимодействия, явля� ется распространенным и широко цитируе� мым в научной литературе (207 ссылок в базе данных PubMed), его оказалось невозможно откалибровать на комплексах тубулина с низ� комолекулярными веществами, структура ко� торых была установлена по данным кристал� лографии. Иными словами, нам не удалось подобрать параметры, при которых программа воспроизводила бы комплексы с известной пространственной структурой и соответству� ющей локализацией сайтов взаимодействия. В то же время наши результаты по реконст� рукции пространственной структуры α�тубу� линов малярийного плазмодия Plasmodium fal� ciparum показали, что в области, соответству� ющей сайту связывания динитроанилинов на поверхности молекулы α�тубулина Eleusine indica, находится положительно заряженная полость, которая может служить местом связы� вания нитрогруппы динитроанилинов, подобно соответствующей области на поверхности α� тубулина гусиной травы (рис. 7, см. вклейку в конце номера). Структуры «карманов» на по� верхности сравниваемых α�тубулинов несколь� ко отличаются между собой, что закономерно определяется отличиями в аминокислотном составе исследуемых белков (рис. 3). В част� ности, в составе сайта связывания, приведен� ного в табл. 3, вместо аспарагина в положении 253 содержится остаток треонина, что может приводить к образованию дополнительной во� дородной связи [96]. В то же время в этой об� ласти α�тубулинов животных (Sus scrofa) и грибов (Mycosphaerella graminicola) подобные полости не формируются (рис. 8, см. вклейку в конце номера), что согласуется с отсутствием ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 464 А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм соответствующих сайтов связывания на по� верхности этих белков. Таким образом, можно с высокой степенью достоверности допустить, что сайты связывания исследуемых низкомо� лекулярных соединений на поверхности α�ту� булинов растений и простейших все�таки сов� падают между собой. Особенности взаимодействия динитроанилинов с β тубулином С целью идентификации сайтов связыва� ния динитроанилинов на поверхности β�тубу� лина нами были реконструированы простран� ственные структуры молекул β�тубулина Ch. reinhardtii и N. plumbaginifolia, различающихся по степени сродства к динитроанилиновым сое� динениям [77]. Анализ особенностей простран� ственной структуры и распределения электро� статического потенциала на их поверхности показал, что локализация и аминокислотный состав этих сайтов характеризуются опреде� ленными различиями в сравнении с соответ� ствующими сайтами на поверхности молеку� лы α�тубулина (табл. 3). В обоих случаях сай� ты располагаются на интрадимерной поверх� ности молекулы β�тубулина. Они содержат по два диаминовых аминокислотных остатка, причем остаток Лиз�350, в результате мутации по которому приобретается устойчивость к динитроанилинам у хламидомонады, и оста� ток Сер�248, вызывающий аналогичный эф� фект у табака, непосредственно входят в сос� тав соответствующего сайта взаимодействия и микроокружения связанной нитрогруппы динитроанилинов. Замена Лиз�248 на остаток метионина либо Сер�248 на остаток пролина практически блокирует полости, принимаю� щие участие в связывании молекул гербици� дов. Таким образом, стерические последствия этих мутаций подобны эффектам, наблюдаю� щимся в случае замены Тре�239 на Иле в α� субъединице тубулина. Следовательно, можно заключить, что связывание динитроанилино� вых соединений α� и β�тубулинами происхо� дит с помощью подобных структурных меха� низмов, хотя и при различии в локализации и составе сайтов взаимодействия. В последнее время установлено, что устой� чивые к динитроанилиновым соединениям растения обладают не только перекрестной устойчивостью к фосфоротиоамидам, но еще и к другому классу антимикротрубочковых гербицидов – цианоакрилатам. В частности показано, что R�биотип Eleusine indica, устой� чивый к динитроанилинам, обладает перекрес� тной устойчивостью к цианоакрилату СА1 и его изопропиловому эфиру СА2 [66]. Инте� ресно, что в отличие от фосфоротиоамидатов, цианоакрилаты не имеют общих структурных частей с динитроанилинами. Однако высокая ригидность центральной области молекул циа� ноакрилатов, подобная ригидности бензоль� ного кольца у динитроанилинов, и наличие сильного отрицательного потенциала на кар� бонильной группе и цианогруппе позволяет высказать предположение, что эти соедине� ния также могут связываться с теми же сайта� ми взаимодействия на поверхности тубулинов растений и простейших, что и динитроанили� ны и фосфороамиды. ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 4 65 Структурно�биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами Таблица 3 Аминокислотные остатки сайтов взаимодействия α� и β�тубулинов различного происхождения с динитроанилиновыми соединениями Тип тубулина α�тубулин E. indica α�тубулин P. falciparum β�тубулин C. reinhardtii β�тубулин N. plumbaginifolia Аминокислоты сайта связывания Аминокислоты, образую� щие микроокружение нитрогруппы Арг2, Глн133, Арг243, Асн249, Вал250, Асп251, Вал252, Асн253, Глу254 Арг2, Асп251, Асн253 Арг2, Глн133, Арг243, Асн249, Вал 250, Асп251, Вал252, Тре 253, Глу254 Арг2, Асп251, Тре 253 Лей246, Асн247, Ала248, Асп249, Лиз252, Лей253, Вал255, Асн256, Лиз350 Ала248, Лиз252, Лиз350 Лей246, Асн247, Сер248, Асп249, Лиз252, Лей253, Асн256, Лиз350, Сер351, Тре 352 Сер248, Лиз252, Лиз350 Таким образом, суммируя изложенный ма� териал, уже сейчас можно утверждать, что свя� зывание тубулина с динитроанилинами проис� ходит в соответствии со структурными законо� мерностями, общими для процессов взаимо� действия тубулина с любыми соединениями, которые вызывают деполимеризацию микро� трубочек, а описанный нами сайт связывания динитроанилиновых соединений на поверх� ности молекул α�тубулина может быть актив� ным в отношении нескольких групп целиком различающихся по своей структуре веществ, подобно тому, как это описано в случае колхи� цинового, винбластинового/мэйтансинового и таксол/эпотилонового сайтов связывания. A.Yu. Nyporko, A.I. Yemets, V.N. Brytsun, M.O. Lozinsky, Ya.B. Blume ъ STRUCTURAL�BIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF TUBULIN INTERACTION WITH DINITOANILINES The interaction of dinitroaniline compounds with tubulin molecules is characterized by extraordinary selec� tivity – these matters effectively associate with plant as well as protozoan tubulin and practically don’t interact with fungal and animal tubulin in spite of extraordinarily high level of similarity of their sequences. Structural features and mechanisms of this interaction are generalized and in detail analysed in this research. In particular, the regulari� ties of dinitroaniline binding sites’ structure and localiza� tion on surfaces of tubulin different subunits and tubulins of different origin are characterized. Dinitroaniline binding sites are disposed on the surfaces of longitudinal contacts between tubulin subunits, contain residues of diamine amino acids (lysine or arginine) coupling al nitrile group (s) of dinitroanilines. Binding site location on the surfaces of the same subunit of different origin (for example, plant and protozoan α�tubulins) is coincided, however site localisa� tion on surface of α� and β�subunits is distinct. The described sites potentially can be the binding areas for another antimicrotubular compounds, in particular, cyanoacrilates. О.Ю. Нишпорко, А.І. Ємець, В.М. Брикун, М.О. Лозинський, Я.Б. Блюм СТРУКТУРНО�БІОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ВЗАЄМОДІЇ ТУБУЛІНУ З ДИНІТРОАНІЛІНАМИ Взаємодія динітроанілінових сполук з молекулами тубуліна характеризується надзвичайно високою ви� бірковістю – ці речовини ефективно зв’язуються з ту� булінами рослинного, а також протозойного поход� ження і практично не взаємодіють з тубулінами тва� рин і грибів, незважаючи на надзвичайно високий рі� вень схожості їх послідовностей. Структурні особли� вості і механізми цієї взаємодії узагальнені і детально проаналізовані в цьому дослідженні, зокрема охарак� теризовані закономірності структури і розташування сайтів зв’язування динітроанілінів на поверхні різних субодиниць тубуліна і тубулінів різного походження. Сайти зв’язування динітроанілінів розташовуються на поверхнях поздовжніх контактів між субодиниця� ми тубуліна, містять залишки діамінових амінокислот (лізину або аргініну), що зв’язують нітрильну групу динітроанілінів. Локалізація сайтів на поверхні одна� кових субодиниць різного походження (наприклад, α� тубулінів рослин і найпростіших) збігається, проте розташування сайтів зв’язування на поверхні α� і β� субодиниць тубуліна є різним. Охарактеризовані сай� ти потенційно можуть бути місцями зв’язування і ін� ших антимікротрубочкових сполук, зокрема ціаноак� рилатів. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Пестициды и регуляторы роста растений : Справоч� ник / Под ред. Н.Н. Мельникоа и др. – М.: Химия, 1995. – 573 с. 2. Брицун В.М., Ємець А.І., Лозинський М.О., Блюм Я.Б. 2,6�Динітроаніліни: синтез, пестицидні та антипро� тозойні властивості // Bioorg. Acta. – 2009. – № 2. 3. Захаренко В.А. Гербициды. – М.: Агропромиздат, 1990. – 240 с. 4. Parka S.J., Soper O.F. The physiology and mode of action of the dinitroaniline herbicides // Weed Sci. – 1977. – 25. – P. 79–87. 5. Upadhyaya M.K., Noodén L.D. Mode of dinitroaniline herbicide action // Plant Physiol. – 1980. – 66. – P. 1048– 1052. 6. Molin W.T., Khan R.A. Mitotic disrupter herbicides: recent advances and opportunities // Herbicide activi� ty: toxicology, biochemistry and molecular biology / Ed. R.M. Roe. – Burke (VA, USA): IOS Press, 1997. – P. 143–158. 7. Vaughn K.C Anticytoskeletal herbicides // Plant micro� tubules: potential for biotechnology / Ed. P. Nick. – Berlin : Springer Verlag etc., 2000. – P. 193–205. 8. Morejohn L.C., Bureau T.E., Molé�Bajer J., Bajer A.S., Fosket D.E. Oryzalin, a dinitroaniline herbicide, binds to plant tubulin and inhibits microtubule polymeriza� tion in vitro // Planta. – 1987. – 172. – P. 252–264. 9. Morejohn L.C., Fosket D.E. The biochemistry of com� pounds with anti�microtubule activity in plant cells // Pharm. Ther. – 1991. – 51. – P. 217–230. 10. Correia J.J. Effects of antimitotic agents on tubulin� nucleotide interactions // Pharm. Ther. – 1991. – 52. – P. 127–147. 11. Correa J.J., Lobert S. Physiochemical aspects of tubu� lin�interacting antimitotic drugs // Curr. Pharm. Design. – 2001. – 7. – P. 1213–1223. ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 466 А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм 12. Емец A.И., Блюм Я.Б. Устойчивость растений к гер� бицидам с антимикротрубочковым механизмом действия: от природных мутантов до переноса ге� нов // Физиология растений. – 1999. – 46, № 6. – С. 899–907. 13. Jordan M.A., Wilson L. Microtubules as a target for anti� cancer drugs // Nat. Rev. Cancer. – 2004. – 4. – P. 253– 265. 14. Dumontet C. Mechanisms of action and resistance to tubulin�binding agents // Exp. Opin. Investig. Drugs. – 2000. – 9. – P. 779–788. 15. Anthony R.G., Waldin T.R., Ray J.A., Bright S.W. J., Hussey P.J. Herbicide resistance caused by sponta� neous mutation of the cytoskeletal protein tubulin // Nature. – 1998. – 393. – P. 260–263. 16. Bogitsh B.J., Middleton O.L., Ribeiro�Rodrigues R. Effects of the antitubulin drug trifluralin on the proliferation and metacyclogenesis of Trypanosoma cruzi epimastig� otes // Parasit. Res. – 1999. – 85. – P. 475–480. 17. Traub�Cseko Y.M., Ramalho�Ortigao J.M., Dantas A.P., de Castro S.L., Barbosa H.S., Downing K.H. Dinitro� aniline herbicides against protozoan parasites: the case of Trypanosoma cruzi // Trends Parasit. – 2001. – 17. – P. 136–141. 18. Fosket D.E., Morejohn L.C. Structural and functional organization of tubulin // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. – 1992. – 43. – P. 201–240 19. McKean P.G., Vaughan S., Gull K. The extended tubu� lin superfamily // J. Cell Sci. – 2001. – 114. – P. 2723– 2733. 20. Nogales E., Wolf S.G., Downing K.H. Structure of the αβ tubulin dimmer by electron crystallography // Nature. – 1998. – 391. – P. 199–203. 21. Gogonea C.B., Gogonea V., Ali Y.M., Merz K.M.Jr., Sid � diqui S.S. Computational prediction of the three� dimensional structures for the Caenorhabditis elegans tubulin family // J. Mol. Graph. and Modell. – 1999. – 17. – P. 90–100. 22. Löwe J., Li H., Downing K.H., Nogales E. Refined structure of αβ�tubulin at 3.5 A resolution // J. Mol. Biol. – 2001. – 313. – P. 1045–1057. 23. Ныпорко А.Ю., Блюм Я.Б. Сравнительный анализ вторичной структуры тубулинов и FtsZ�белков // Биополимеры и клетка. – 2001. – 17. – С. 61–69. 24. Murzin A.G., Brenner S.E., Hubbard T., Chothia C. SCOP: a structural classification of proteins database for the investigation of sequences and structures // J. Mol. Biol. – 1995. – 247. – P. 536–540. 25. Little M., Seehaus T. Comparative analysis of tubulin sequences // Comp. Biochem. Physiol. – 1988. – 90B. – P. 655–670. 26. Демчук О.Н., Блюм Я.Б. Построение филогенети� ческого древа растительных тубулинов на основа� нии гомологии их белковых последовательностей // Цитология и генетика. – 2005. – 39, № 2. – С. 3–9. 27. Nogales E., Whittaker M., Milligan R.A., Downing K.H. High�resolution model of the microtubule // Cell. – 1999. – 96. – P. 79–88. 28. Meurer�Grob P., Kasparian J., Wade R.H. Microtubule structure at improved resolution // Biochemistry. – 2001. – 40. – P. 8000–8008. 29. Страшнюк Н.М., Блюм Я.Б. Получение мутантов по генам белков микротрубочек // Цитология и генетика. – 1993. – 27. – С. 79–96. 30. Емец А.И., Блюм Я.Б. Мутантные гены тубулинов растений как маркерные селективные гены для ге� нетической инженерии // Цитология и генетика. – 2007. – 41. № 3. – C. 29–43. 31. Baird W.V., Blume Ya.B., Wick S. Microtubular and cytoskeletal mutants // Plant microtubules: potential for biotechnology / Ed. P. Nick. – Berlin etc.: Springer Verlag, 2000. – P. 159–191. 32. Nyporko A.Yu., Blume Y.B. Spatial distribution of tubu� lin mutations conferring resistance to antimicrotubular compounds // The Plant Cytoskeleton: a Key Tool for Agro�Biotechnology / Eds Y.B. Blume, W.V. Baird, A.I. Yemets, D. Breviario. – Dordrecht : Springer, 2008. 33. Borck K., Braymer H. D. The genetic analysis of resist� ance to benomyl in Neurospora crassa // J. Gen. Microbiol. – 1974. – 85. – P. 51–56. 34. Thomas J.H., Neff N.F., Botstein D. Isolation and char� acterization of mutations in the β�tubulin gene of Saccharomyces cerevisiae // Genetics. – 1985. – 112. – P. 715–734. 35. Orbach M.J., Porro E.B., Yanofsky C. Cloning and char� acterization of the gene for β�tubulin from а benomyl� resistant mutant of Neurospora crassa and its use as а dominant selectable marker // Mol. Cell Biol. – 1986. – 6. – P. 2452–2461. 36. Jung M.K., Oakley B.R. Identification of an amino acid substitutons in the ben, β�tubulin gene of Aspergillus nidulans that confers thiabendazole resistance and benomyl supersensitivity // Cell Motil. Cytoskelet. – 1990. – 17. – P. 87–94. 37. Lee V.D., Huang B. Missense mutations at lysine 350 in β�tubulin confer altered sensitivity to microtubule inhibitors in Chlamydomonas // Plant Cell. – 1990. – 2. – P. 1051–1057. 38. Takahashi M., Matsumoto S., Iwasaki S., Yahara I. Molecular basis for determining the sensitivity of eukaryotes to the antimitotic drug rhizoxin // Mol. Gen. Genet. – 1990. – 222. – P. 169–175 39. Schilber M.J., Huang B. The colR4 and colR15 β�tubu� lin mutations in Chlamydomonas reinhardtii confer altered sensitivities to misrotubule inhibitors and herbi� cides by enhancing microtubule stability // J. Cell Biol. – 1991. – 113. – P. 605–614. 40. Jung M.K., Wilder I.B., Oakley B.R. Amino acid alter� ations in the ben (β�tubulin) gene of Aspergillus nidu� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 4 67 Структурно�биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами lans that confer benomyl resistance // Cell Motil. Cytoskelet. – 1992. – 22. – P. 170–174. 41. Fujimura M., Kamakura T., Inoue H., Yamaguchi I. Amino�acid alterations in the beta�tubulin gene of Neurospora crassa that confer resistance to carbendaz� im and diethofencarb // Curr. Genet. – 1994. – 25. – P. 418–422. 42. Buhr T.L., Dickman M.B. Isolation, characterization, and expression of a second beta�tubulin�encoding gene from Colletotrichum gloeosporioides f. sp. aeschynomene // Appl. Environ. Microbiol. – 1994. – 60. – P. 4155– 4159. 43. Park S.Y., Jung O.J., Chung Y.R., Lee C.W. Isolation and characterization of а benomyl�resistant form of beta�tubulin�encoding gene from the phytopathogenic fungus Botryotinia fuckeliana // Mol. Cells. – 1997. – 7. – P. 104–109. 44. Giannakakou P., Sackett D.L., Kang Y.K., Zhan Z., Buters J.T., Fojo T., Poruchynsky M.S. Paclitaxel�resist� ant human ovarian cancer cells have mutant beta�tubu� lins that exhibit impaired paclitaxel�driven polymeriza� tion // J. Biol. Chem. – 1997. – 272. – P. 17118– 17125. 45. McKay G.J., Cooke L.R. A PCR�based method to char� acterise and identify benzimidazole resistance in Helminthosporium solani // FEMS Microbiol. Lett. – 1997. – 152. – P. 371–378. 46. Yamamoto E., Zeng L., Biard W.V. α�Tubulins mis� sense mutations correlate with antimicrotubule drug resistance in Eleusine indica // Plant Cell. – 1998. – 10. – P. 297–308. 47. Elard L., Humbert J.F. Importance of the mutation of amino acid 200 of the isotype 1 beta�tubulin gene in the benzimidazole resistance of the small�ruminant parasite Teladorsagia circumcincta // Parasit. Res. – 1999. – 85. – P. 452–456. 48. Gonsales�Garay M., Chang L., Blade K., Menick D., Cabral F. A beta�tubulin leucine involved in micro� tubule assembly and pacitaxel resistance // J. Biol. Chem. – 1999. – 274. – P. 23875–23882. 49. Giannakakou P., Gussio R., Nogales E., Downing K.H., Zaharevitz D., Bollbuck B., Poy G., Sackett D., Nicolaou K.C., Fojo T. A common pharmacophore for epothilone and taxanes: molecular basis for drug resistance conferred by tubulin mutations in human cancer cells // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 2000. – 97. – P. 2904–2909. 50. He L., Yang C.P., Horwitz S.B. Mutations in beta�tubu� lin map to domains involved in regulation of micro� tubule stability in epothilone�resistant cell lines // Mol. Cancer. Ther. – 2001. – 1. – P. 3–10. 51. Hua X.H., Genini D., Gussio R., Tawatao R., Shih H., Kipps T.J., Carson D.A., Leoni L.M. Biochemical genetic analysis of indanocine resistance in human leukemia // Cancer Res. – 2001. – 61. – P. 7248–7254. 52. Kavallaris M., Tait A.S., Walsh B.J., He L., Horwitz S.B., Norris M.D., Haber M. Multiple microtubule alter� ations are associated with Vinca alkaloid resistance in human leukemia cells // Cancer Res. – 2001. – 61. – P. 5803–5809. 53. Hasegawa S., Miyoshi Y., Egawa C., Ishitobi M., Tamaki Y., Monden M., Noguchi S. Mutational analysis of the class I beta�tubulin gene in human breast cancer // Int. J. Cancer. – 2002. – 101. – P. 46–51. 54. Leroux P., Fritz R., Debieu D., Albertini C., Lanen C., Bach J., Gredt M., Chapeland F. Mechanisms of resist� ance to fungicides in field strains of Botrytis cinerea // Pest. Manag. Sci. – 2002. – 58. – P. 876–888. 55. Hari M., Wang Y., Veeraraghavan S., Cabral F. Mutations in alpha� and beta�tubulin that stabilize microtubules and confer resistance to colcemid and vinblastine // Mol. Cancer Ther. – 2003. – 7. – P. 597– 605. 56. Ma Z., Yoshimura M.A., Michailides T.J. Identification and characterization of benzimidazole resistance in Monilinia fructicola from stone fruit orchards in California // Appl. Environ. Microbiol. – 2003. – 69. – P. 7145–7152. 57. Ma Z., Yoshimura M.A., Holtz B.A., Michailides T.J. Characterization and PCR�based detection of benzim� idazole�resistant isolates of Monilinia laxa in California // Pest. Manag. Sci. – 2005 – 61. – P. 449–457. 58. Martello L.A., Verdier�Pinard P., Shen H.J., He L., Torres K., Orr G.A., Horwitz S.B. Elevated levels of microtubule destabilizing factors in a Taxol�resis� tant/dependent A549 cell line with an alpha�tubulin mutation // Cancer Res. – 2003. – 63. – P. 1207–1213. 59. Verrills N.M., Flemming C.L., Liu M., Ivery M.T., Cobon G.S., Norris M.D., Haber M., Kavallaris M. Microtubule alterations and mutations induced by des� oxyepothilone B: implications for drug�target interac� tions // Chem Biol. – 2003. – 10. – P. 597–607. 60. Delye C., Menchari Y., Michel S., Darmency H. Molecular bases for sensitivity to tubulin�binding her� bicides in green foxtail // Plant Physiol. – 2004. – 136. – P. 3920–3932. 61. Loganzo F., Hari M., Annable T., Tan X., Morilla D.B., Musto S., Zask A., Kaplan J., Minnick A.A.Jr., May M.K., Ayral�Kaloustian S., Poruchynsky M.S., Fojo T., Greenberger L.M. Cells resistant to HTI�286 do not overexpress P�glycoprotein but have reduced drug accumulation and a point mutation in alpha�tubulin // Mol. Cancer. Ther. – 2004. – 10. – P. 1319–1327. 62. Poruchynsky M.S., Kim J.H., Nogales E., Annable T., Loganzo F., Greenberger L.M., Sackett D.L., Fojo T. Tumor cells resistant to a microtubule�depolymerizing hemiasterlin analogue, HTI�286, have mutations in alpha� or beta�tubulin and increased microtubule sta� bility // Biochemistry – 2004. – 43. – P. 13944–13954. 63. Ruiz F., Dupuis�Williams P., Klotz C., Forquignon F., ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 468 А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм Bergdoll M., Beisson J., Koll F. Genetic evidence for interaction between eta� and beta�tubulins // Eukaryot. Cell. – 2004. – 3. – P. 212–220. 64. Wang Y., Veeraraghavan S., Cabral F. Intra�allelic sup� pression of a mutation that stabilizes microtubules and confers resistance to colcemid // Biochemistry. – 2004. – 43. – P. 8965–8973. 65. Gokmen�Polar Y., Escuin D., Walls C.D., Soule S.E., Wang Y., Sanders K.L., Lavallee T.M., Wang M., Guenther B.D., Giannakakou P., Sledge G.W. β�Tubulin mutations are associated with resistance to 2� methoxyestradiol in MDA�MB�435 cancer cells // Cancer Res. – 2005. – 65. – P. 9406–9414. 66. Tresch S., Plath P., Grossmann К Herbicidal cyano� acrylates with antimicrotubule mechanism of action // Pest. Manag. Sci. – 2005. – 61, № 11. – P. 1052–1059. 67. Yang C.P., Verdier�Pinard P., Wang F., Lippaine� Horvath E., He L., Li D., Hofle G., Ojima I., Orr G.A., Horwitz S.B. A highly epothilone B�resistant A549 cell line with mutations in tubulin that confer drug depend� ence // Mol. Cancer. Ther. – 2005. – 4. – P. 987–995. 68. Blackhall W.J., Drogemuller M., Schnieder T., von Samson�Himmelstjerna G. Expression of recombinant beta�tubulin alleles from Cylicocyclus nassatus (Cyatho� stominae) // Parasit. Res. – 2006. – 99. – Р. 687– 693. 69. Hari M., Loganzo F., Annable T., Tan X., Musto S., Morilla D.B., Nettles J.H., Snyder J.P., Greenberger L.M. Paclitaxel�resistant cells have a mutation in the pacli� taxel�binding region of beta�tubulin (Asp26Glu) and less stable microtubules // Mol. Cancer. Ther. – 2006. – 5. – P. 270–278. 70. Wang Y., Yin S., Blade K., Cooper G., Menick D.R., Cab� ral F. Mutations at leucine 215 of beta�tubulin affect paclitaxel sensitivity by two distinct mechanisms // Biochemistry – 2006. – 45. – P. 185–194. 71. Ghisi M., Kaminsky R., Mäser P. Phenotyping and genotyping of Haemonchus contortus isolates reveals a new putative candidate mutation for benzimidazole resistance in nematodes // Vet. Parasit. – 2007. – 144. – Р. 313–320. 72. Ныпорко А.Ю., Живолуп А.Н., Блюм Я.Б.Сравни� тельный анализ первичной структуры мутантных тубулинов, устойчивых к антимикротрубочковым соединениям, для предсказания позиций новых мутаций с аналогичными свойствами // Цитоло� гия и генетика.– 2003.– 37, № 2.– Р. 69–78. 73. Mudge L.C., Gossett B.J., Murphy T.R. Resistance of goosegrass (Eleusine indica) to dinitroaniline herbicides // Weed Sci. – 1984. – 32. – P. 591–594. 74. Vaughn K.C., Vaughan M.A. Structural and biochemical characterization of dinitroaniline�resistant Eleusine //I Managing Resistance to Agrochemicals. V. 421 / Eds M.B. Green, H.M. LeBaron, W.K.– Washington, 1990.– P. 364–375. 75. Smeda R.J., Vaughn K.C., Morrison I.N. Trifluralin� resistant green foxtail (Setaria viridis (L.) Beauv.). exhibits cross�resistance to mitotic disrupter herbicides // Plant Physiol. – 1992. – 96. – P. 114. 76. Блюм Я.Б., Страшнюк Н.М., Смертенко А.П., Соло� душко В.Г., Глеба Ю.Ю. Изменения β�тубулина обеспечивают устойчивость к трифлюралину мутан� тов Nicotiana plumbaginifolia, полученных in vitro // Доп. HAH України. – 1996. – № 7. – С. 132–137. 77. Yemets A.J., Nyporko A.Yu., Swire�Clark G., Baird W.V., Blume Ya.B. Mechanisms of plant resistance to dinitroanilines and phosphoroamidates based on β� tubulin mutations//Abstr. XVII Int. Bot. Congress.– Vienna, 2005. – P. 292. 78. Lowe D.B., Swire�Clark G.A., McCarty L.B., Whitwell Т., Baird W.V. Biology and molecular analysis of dini� troaniline�resistant Poa annua L. // Int. Turfgrass Soc. Res. J. – 2001. – 9. – P. 1019–1025. 79. Cronin K.E., Hussey P.J., Ray J.A., Waldin T.R. Herbicide resistant plants // World Intellect. Property Org. Int. Publ., 1993. No. WO 93/24637. 80. Ellis J.R., Taylor R., Hussey P.J. Molecular modelling indicates that two chemically distinct classes of anti� mitotic herbicide bind to the same receptor site (s) // Plant Physiol. – 1993. – 105. – P. 15–18 81. Murthy J.V., Kim H.H., Hanesworth V.R., Hugdahl J.D., Morejohn L.C. Competitive�inhibition of high�affinity oryzalin binding to plant tubulin by the phosphoric amide herbicide amiprophos�methyl // Plant Physiol. – 1994. – 105. – P. 309–320. 82. Ныпорко А.Ю., Емец А.И., Климкина Л.А., Блюм Я.Б. Взаимосвязь чувствительности каллуса Eleusine indica к трифлюралину и амипрофосмети� лу с особенностями взаимодействия этих соедине� ний с тубулином // Физиология растений. – 2002. – 49. – С. 459–466. 83. Blume Ya.B., Nyporko A.Yu., Yemets A.I., Baird W.V. Structural modelling of plant α�tubulin interaction with dinitroanilines and phosphoroamidates // Cell Biol. Int. – 2003. – 27. – P. 171–174. 84. Ravelli R., Gigant B., Curmi P., Jourdain I., Lachkar S., Sobel A., Knosso M. Insight into tubulin regulation from a complex with colchicines and a stathmin�like domain // Nature. – 2004. – 428. – Р. 198–202. 85. Gigant B., Wang C., Ravelli R.B., Roussi F., Steinmetz M.O., Curmi P.A., Sobel A., Knossow M. Structural basis for the regulation of tubulin by vinblastine // Nature. – 2005. – 435. – P. 519–522. 86. Robinson M.W., McFerran N., Trudgett A., Hoey L., Fairweather I. A possible model of benzimidazole bind� ing to β�tubulin disclosed by invoking an inter�domain movement // J. Mol. Graph. Model. – 2004. – 23. – P. 275–284. 87. Snyder J.P., Nettles J.H., Cornett B., Downing K.H., Nogales E. The binding conformation of taxol in β� tubulin : A model based on electron crystallographic ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 4 69 Структурно�биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами density // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. – 2001. – 98. – P. 5312–53126. 88. Nettles J.H., Li H., Cornett B., Krahn J.M., Snyder J.P., Downing K.H. The binding mode of epothilone A on α, β�tubulin by electron crystallography // Science. – 2004. – 305. – P. 866–869. 89. Nogales E., Wang H.W. Structural mechanisms under� lying nucleotide�dependent self�assembly of tubulin and its relatives // Curr. Opin. Struct. Biol. – 2006. – 16. – P. 221–229. 90. Nyporko A.Yu., Blume Ya.B. Structural perturbation of longitudinal and lateral contact interfaces of tubulins induced by interaction with microtubule stabilizing compounds // Proc. 3rd Moscow Conference on Computational Molecular Biology. – Moscow, 2007. – P. 235–236. 91. Blume Ya.B., Nyporko A.Yu., Yemets A.I., Baird W.V. Are earlier predicted sites of different plant tubulins involved in interaction with dinitroanilines? // Mol. Biol. Cell.– 2002.– 13(Suppl.).– P. 463a. 92. Fennell B.J., Naughton J.A., Dempsey E., Bell A. Cellular and molecular actions of dinitroaniline and phosphorothioamidate herbicides on Plasmodium falci� parum : Tubulin as a specific antimalarial target // Mol. Biochem. Parasit. – 2006. – 145. – P. 226–238. 93. Morissette N.S., Mitra A., Sept D., Sibley L.D. Di� nitroanilines bind α�tubulin to disrupt microtubules // Mol. Biol. Cell. – 2004. – 15. – P. 1960–1968. 94. Mitra A., Sept D. Binding and interaction of dinitroani� lines with apicomplexan and kinetoplastid α�tubulin // J. Med. Chem. – 2006. – 49. – P. 5226–5231. 95. Morris G.M., Goodsell D.S., Halliday R.S., Huey R., Hart W.E., Belew R.K., Olson A.J. Automated docking using a lamarckian genetic algorithm and empirical binding free energy function // J. Comp. Chem. – 1998.– 19. – P. 1639–1662. 96. Nyporko A.Yu., Yemets A.I., Blume Ya.B. Protozoan and plant tubulins as specific targets for dinitroanilines and phosphoramidates: common structural features and interactive sites // Abstr. of 4th ISGO Internatio� nal Conf. of Structural Genomics. – Beijing, 2006. – P. 257–259. Поступила 14.10.08 ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 470 А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-66655
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0564-3783
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T17:38:51Z
publishDate	2009
publisher	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
record_format	dspace
spelling	Ныпорко, А.Ю. Емец, А.И. Брыцун, В.Н. Лозинский, М.О. Блюм, Я.Б. 2014-07-20T07:09:02Z 2014-07-20T07:09:02Z 2009 Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами / А.Ю. Ныпорко, А.И. Емец, В.Н. Брыцун, М.О. Лозинский, Я.Б. Блюм // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 3. — С. 56-70. — Бібліогр.: 96 назв. — рос. 0564-3783 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66655 Взаимодействие динитроанилиновых соединений с молекулами тубулина характеризуется чрезвычайно высокой избирательностью – эти вещества эффектив но связываются с тубулинами растительного, а также протозойного происхождения и практически не взаимодействуют с тубулинами животных и грибов, несмотря на чрезвычайно высокий уровень сходства их последовательностей. Структурные особенности и механизмы этого взаимодействия обобщены и детально проанализированы в настоящем исследовании. Взаємодія динітроанілінових сполук з молекулами тубуліна характеризується надзвичайно високою вибірковістю – ці речовини ефективно зв’язуються з тубулінами рослинного, а також протозойного походження і практично не взаємодіють з тубулінами тварин і грибів, незважаючи на надзвичайно високий рівень схожості їх послідовностей. Структурні особливості і механізми цієї взаємодії узагальнені і детально проаналізовані в цьому дослідженні. The interaction of dinitroaniline compounds with tubulin molecules is characterized by extraordinary selectivity – these matters effectively associate with plant as well as protozoan tubulin and practically don’t interact with fungal and animal tubulin in spite of extraordinarily high level of similarity of their sequences. Structural features and mechanisms of this interaction are generalized and in detail analysed in this research. ru Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України Цитология и генетика Обзорные статьи Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами Структурно-біологічна характеристика взаємодії тубуліну з динітроанілінами Structural-biological characteristics of tubulin interaction with dinitoanilines Article published earlier
spellingShingle	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами Ныпорко, А.Ю. Емец, А.И. Брыцун, В.Н. Лозинский, М.О. Блюм, Я.Б. Обзорные статьи
title	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами
title_alt	Структурно-біологічна характеристика взаємодії тубуліну з динітроанілінами Structural-biological characteristics of tubulin interaction with dinitoanilines
title_full	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами
title_fullStr	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами
title_full_unstemmed	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами
title_short	Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами
title_sort	структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами
topic	Обзорные статьи
topic_facet	Обзорные статьи
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66655
work_keys_str_mv	AT nyporkoaû strukturnobiologičeskaâharakteristikavzaimodeistviâtubulinasdinitroanilinami AT emecai strukturnobiologičeskaâharakteristikavzaimodeistviâtubulinasdinitroanilinami AT brycunvn strukturnobiologičeskaâharakteristikavzaimodeistviâtubulinasdinitroanilinami AT lozinskiimo strukturnobiologičeskaâharakteristikavzaimodeistviâtubulinasdinitroanilinami AT blûmâb strukturnobiologičeskaâharakteristikavzaimodeistviâtubulinasdinitroanilinami AT nyporkoaû strukturnobíologíčnaharakteristikavzaêmodíítubulínuzdinítroanílínami AT emecai strukturnobíologíčnaharakteristikavzaêmodíítubulínuzdinítroanílínami AT brycunvn strukturnobíologíčnaharakteristikavzaêmodíítubulínuzdinítroanílínami AT lozinskiimo strukturnobíologíčnaharakteristikavzaêmodíítubulínuzdinítroanílínami AT blûmâb strukturnobíologíčnaharakteristikavzaêmodíítubulínuzdinítroanílínami AT nyporkoaû structuralbiologicalcharacteristicsoftubulininteractionwithdinitoanilines AT emecai structuralbiologicalcharacteristicsoftubulininteractionwithdinitoanilines AT brycunvn structuralbiologicalcharacteristicsoftubulininteractionwithdinitoanilines AT lozinskiimo structuralbiologicalcharacteristicsoftubulininteractionwithdinitoanilines AT blûmâb structuralbiologicalcharacteristicsoftubulininteractionwithdinitoanilines

Структурно-биологическая характеристика взаимодействия тубулина с динитроанилинами

Репозитарії

Схожі ресурси