Механизм связывания порфиринов с ДНК поможет разработке эффективных лекарств от рака
Ученые установили, что порфирины несимметричного строения — содержащие три положительно заряженные боковые группы —могут как встраиваться в ДНК, так и связываться с ней сбоку. Контактируя с ДНК, порфирины выделяют активные формы кислорода, способствующие ее разрушению, что может использоваться при борьбе с опухолями. Однако несимметричные порфирины, помимо генерации активных форм кислорода, также разрывают связи между элементами ДНК. Таким образом, полученные данные потенциально позволят разработать лекарственные препараты, эффективно связывающие и разрушающие ДНК раковых клеток.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Molecular Liquids.
Порфирины — это природные или синтетические молекулы, состоящие из четырех взаимосвязанных углеродно-азотных циклов. Порфирины могут накапливаться в опухолях, и их можно использовать для визуализации и определения формы новообразований в организме человека, поскольку эти молекулы после облучения способны светиться сами. Кроме того, порфирины генерируют активные формы кислорода, разрушающие мембраны и генетический материал раковых клеток и, соответственно, приводящие к их гибели. Таким образом, лекарственные соединения, полученные из порфиринов, могут обладать противоопухолевым действием. При этом медикаменты должны эффективно взаимодействовать с ДНК раковых клеток. Однако данных о том, как именно порфирины связываются с ДНК, еще недостаточно.
Ученые из Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН (Иваново) определили, как порфирины, содержащие три положительно заряженные боковые группы, связываются с ДНК. Такие молекулы несимметричны, и эта особенность может повлиять на их активность.
Авторы использовали спектральный и калориметрический методы, позволяющие изучать характер взаимодействия между ДНК и другими молекулами. Так, порфирины поглощают ультрафиолетовый и видимый свет с определенными длинами волн. При контакте порфиринов с ДНК область поглощаемого ими света меняется, что указывает на связывание молекул и позволяет сделать вывод о механизме взаимодействия. Кроме того, ученые использовали термохимические методы, с помощью которых также отслеживали изменение в структуре ДНК при ее взаимодействии с порфирином. В рамках этого подхода авторы сравнивали теплоемкость — количество теплоты, поглощаемое при нагревании, — растворов с ДНК, растворов с порфиринами и растворов с их комплексами.
В экспериментах исследователи использовали три варианта ДНК с разной длиной цепи и структурой (строением): искусственно полученные ДНК с сильно связанными между собой цепочками; искусственные ДНК со слабо связанными между собой цепочками, а также ДНК из тимуса теленка, содержащую как сильно, так и слабо связанные фрагменты. Сила связывания между цепями ДНК зависела от количества связей — трех или двух, — образуемых между нуклеотидами, структурными единицами ДНК.
Так, если ДНК состояла из более крепко связанных между собой цепочек, порфирины преимущественно встраивались в молекулу, нарушая ее спиральную укладку. Когда участок ДНК представлял из себя слабо связанные цепи, порфирины взаимодействовали с ними снаружи, не встраиваясь внутрь цепи. В первом случае доля разорванных связей между нуклеотидами оказывалась на 45% выше, а доля структурных изменений — на 17% выше, чем в случае внешнего взаимодействия порфирина с ДНК. Поскольку в природных молекулах ДНК есть и двойные, и тройные связи между нуклеотидами, в случае с ДНК из тимуса теленка взаимодействие между порфиринами и молекулой осуществлялось за счет обоих описанных вариантов. Таким образом, от особенностей строения ДНК организма будет зависеть характер ее взаимодействия с порфиринами.
Порфирины могут применяться не только при противораковой терапии, но и в качестве антибиотиков и противовирусных препаратов. При этом несимметричные молекулы будут наиболее эффективны против тех возбудителей заболеваний, ДНК которых содержит большое количество плотно упакованных участков, поскольку именно в этом случае порфирины вносят больше повреждений в структуру ДНК.
«В рамках исследования мы показали, что несимметричные порфирины могут образовывать необычные комплексы с ДНК, что открывает новые перспективы к повышению избирательности взаимодействия между этими молекулами. Полученные нами данные потенциально могут использоваться при создании не только противоопухолевых лекарств, но и при разработке специфичных противовирусных и антибактериальных препаратов. В дальнейшем мы планируем получить модифицированные порфирины для целенаправленного связывания с конкретными участками ДНК», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Наталья Лебедева, доктор химических наук, заведующая лабораторией «Физическая химия супрамолекулярных систем на основе макроциклических соединений и полимеров» Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно