Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Sposoby oddziaływania małocząsteczkowych ligandów z DNA, czyli jak lek może wpływać na nasz materiał genetyczny (część II)
Sposoby oddziaływania małocząsteczkowych ligandów z DNA, czyli jak lek może wpływać na nasz
W pierwszej części artykułu omówiliśmy niekowalencyjne oddziaływania małocząsteczkowych ligandów z DNA. Istnieje jednak szeroka gama substancji mających zdolność tworzenia wiązań kowalencyjnych z helisą kwasu nukleinowego. Substancje te są elektrofilami lub nukleofilami, czyli charakteryzują się odpowiednio niedoborem lub dużą ilością elektronów. W DNA występuje również wiele miejsc nukleofilowych i elektrofilowych, dzięki czemu możliwe jest powstawanie silnych wiązań posiadających energię rzędu 200-400 kJ/mol. Przed ich powstaniem kompleks DNA – ligand jest stabilizowany odwracalnymi oddziaływaniami fizykochemicznymi. Oddziaływania kowalencyjne są nieodwracalne i prowadzą do całkowitego zahamowania procesów komórkowych, a co za tym idzie do śmierci komórki. W związku z tym, tego typu substancje należą do obszaru zainteresowań naukowców poszukujących leku o wysokiej specyficzności i toksyczności wobec, na przykład, komórek nowotworowych.

Wśród ligandów oddziałujących z DNA przez tworzenie wiązań kowalencyjnych wyróżnia się związki wiążące się do obu nici w tej samej podwójnej helisie DNA (związki sieciujące) oraz wiążące się tylko do jednej z nici DNA.

 

Łapać obie naraz...

Szeroko badanymi związkami oddziałującymi jednocześnie z obiema nićmi DNA są pochodne 1-nitroakrydyny, a wśród nich polski lek przeciwnowotworowy o nazwie Ledakrin. Substancje te wykazują wysoką aktywność przeciwnowotworową oraz silną cytotoksyczność. Struktura akrydynowa związku interkaluje do DNA. Badania wykazały jednak, że to niekowalencyjne oddziaływanie ligand - DNA nie wywołuje efektu biologicznego. Odkryto, że pochodne 1‑nitroakrydyny, aby wykazać aktywność muszą ulec w komórce biotransformacji, w wyniku której powstają metabolity zawierające dodatkowe struktury cykliczne. Metabolity te posiadają zdolność sieciowania DNA, czyli tworzenia bifunkcyjnych wiązań kowalencyjnych między dwoma nićmi helisy DNA. To właśnie zdolność sieciowania DNA warunkuje aktywność biologiczną pochodnych 1‑nitroakrydyny.

 

 ...tylko jedną już oddzieloną...                           

Niektóre związki posiadają zdolność wiązania się do jednej z już rozdzielonych, np.: podczas procesu replikacji, nici DNA. Z tego typu substancji szeroko badano zdolność wiązania przeciwbakteryjnych chinolonów, a wśród nich difloksacyny, do pojedynczej nici DNA i hamowania w ten sposób aktywności gyrazy DNA u Procaryota. Zaproponowano, że chinolony wiążą się do rozdzielonych nici tworząc wiązania pomiędzy zasadami w DNA, a ich grupami karboksylowymi lub karbonylowymi. Badania wykazały, że wiązanie do pojedynczej nici DNA jest dużo silniejsze niż oddziaływanie z podwójną helisą. Dodatkowo chinolony wiążą się z pojedynczą nicią DNA z preferencją dla poli(dG), a do dwuniciowego DNA w sposób niezależny od sekwencji  Stwierdzono również, że do utworzenia wiązań niezbędna jest obecność jonów Mg2+. To sugeruje, że Mg2+ jest wymagane dla wykazania powinowactwa do sekwencji specyficznych dla wiązania chinolonów do jednoniciowego DNA. Wynika to z faktu, że jony Mg2+ mogą pośredniczyć w specyficznych interakcjach z guaniną, tworząc pomost pomiędzy chinolonami i DNA.

      

 

...albo jedną z dwóch...?

Innym typem związków kowalencyjnie wiążących się z DNA są substancje oddziałujące z określonymi grupami funkcyjnymi występującymi na podwójnej helisie DNA. Dokładnie przebadanym związkiem należącym do tej klasy jest silny przeciwnowotworowy antybiotyk produkowany przez Streptomyces zelensis oznaczony symbolem CC-1065. Tworzy on wiązanie kowalencyjne z jedną z nici podwójnej helisy DNA alkilując ją. Badania wykazały, że lek ten hamuje działanie polimerazy DNA wpływając tym samym na zahamowanie syntezy DNA (do 50% zahamowania syntezy DNA potrzeba 4-6 ng/ml leku). W celu poznania mechanizmu działania leku przeprowadzono badania dichroizmu kołowego, które wykazały, że CC-1065 wiąże się tylko z podwójną nicią DNA nie oddziałując z jednoniciowym DNA otrzymanym przez termiczną denaturację, ani też z drożdżowym RNA. Inne wykonane eksperymenty, m.in. badanie temperatury topnienia i chromatografia potwierdziły tę charakterystykę. Wykazano również, że miejscem rozpoznawania alkilacji jest adenina podwójnej helisy DNA. CC-1065 oddziałuje więc z DNA przez atom N3 adeniny tworząc addukt CC‑1065-(N3-adenina)-DNA. Strukturę związku oraz powstającego adduktu z DNA przedstawiono na rysunku.

 

Jak widać istnieje wiele sposobów oddziaływania potencjalnych substancji aktywnych z materiałem genetycznym komórek ludzkich. Warto zadać sobie jednak pytanie ile jeszcze typów oddziaływań naukowcom nie udało się odkryć i jakie szanse mogłyby one stworzyć w zakresie poszukiwań nowych leków. Zarówno na te jak i wiele nie postawionych w tym artykule pytań naukowcy nadal poszukują odpowiedzi. Czy kiedyś jednak uda się doprowadzić do stworzenia w pełni spersonalizowanych terapii oddziałujących na materiał genetyczny określonego człowieka? 

KOMENTARZE
news

<Kwiecień 2021>

pnwtśrczptsbnd
29
31
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
17
18
20
NutraFood Poland
2021-04-20 do 2021-04-22
22
24
27
Podstawy oznaczania wilgotności
2021-04-27 do 2021-04-27
28
29
1
2
Newsletter