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 Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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