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 Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
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.
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.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
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.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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