Мас-спектрометричне дослідження формування нековалентних комплексів антибіотика циклосерина з N-ацетил-D-глюкозаміном та аскорбіновою кислотою

  • V. A. Pashynska Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна Національної академії наук України, просп. Науки, 47, Харків, 61103, Україна https://orcid.org/0000-0001-9786-6828
  • M. V. Kosevich Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна Національної академії наук України, просп. Науки, 47, Харків, 61103, Україна http://orcid.org/0000-0003-0257-4588
  • A. Gomory Інститут органічної хімії Наукового центру природничих наук, Бульвар Мадьяр тудосок, 2, Будапешт, H-1117, Угорщина http://orcid.org/0000-0001-5216-0135
Ключові слова: циклосерин, N-ацетил-D-глюкозамін, аскорбінова кислота, нековалентні комплекси, мас-спектрометрія з іонізацією електророзпиленням

Анотація

Актуальність. Антибіотик циклосерин (CYS) активно застосовується при лікуванні туберкульозу, проте наші знання щодо міжмолекулярної взаємодії молекул цього препарату з біомолекулами-мішенями та з молекулами інших ліків наразі є обмеженими. Вважається, що антибактеріальна дія CYS пов’язана з пригніченням процесу біосинтезу клітинної стінки бактерій. Поряд з цим певний інтерес становить вивчення міжмолекулярних взаємодій CYS з молекулами аскорбінової кислоти (ASC), оскільки вона може використовуватися як допоміжний вітамінний препарат при лікуванні туберкульозу або знаходитися у їжі пацієнтів.

Мета роботи. Задачами даного модельного дослідження стали вивчення біологічно важливих міжмолекулярних взаємодій циклосерину з N-ацетил-D-глюкозаміном (NAG), що є одним з головних компонентів полімерного пептидоглікану клітинної стінки бактерій, та перевірка можливості формування нековалентних комплексів між молекулами CYS та ASC за допомогою методу мас-спектрометрії з іонізацією електророзпиленням (МСІЕР).

Матеріали й методи. Об’єктами дослідження обрано модельні системи, складовими яких є CYS та NAG або CYS та ASC, розчинені у полярному розчиннику метанолі для МСІЕР експериментів. Мас-спектри було отримано з використанням розробленого нами раніше підходу до дослідження нековалентного комплексоутворення між молекулами лікарських агентів та біологічними молекулами-мішенями.

Результати. Показано, що мас-спектр ІЕР модельної системи (CYS–NAG) містить піки протонованих молекулярних кластерів CYS та NAG: [CYS•NAG•H]+, [CYS•2NAG•H]+. Наявність цих піків у спектрі свідчить про формування стабільних нековалентних комплексів між CYS та NAG у дослідженому розчині. МСІЕР дослідження системи (CYS–ASC) виявило утворення нековалентних парних комплексів молекул CYS та ASC, що підтверджується наявністю у спектрі інтенсивних піків кластерів [CYS•ASC•H]+.

Висновки. Результати МСІЕР експериментів вказують на можливість нековалентного комплексоутворення між молекулами CYS та NAG у полярному середовищі, включаючи біологічні системи. Ми вважаємо, що таке зв’язування молекул протитуберкульозного антибіотика CYS з NAG-компонентами пептидоглікану клітинної стінки бактерій може бути біологічно важливим для процесу пригнічення біосинтезу клітинної стінки. Виявлене формування стабільних нековалентних комплексів молекул CYS та ASC в розчині пропонується як потенційний молекулярний механізм модуляції активності цих лікарських засобів при їх одночасному застосуванні.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Cycloserine. [No authors listed] Tuberculosis (Edinb). 2008 Mar:88(2):100–1. https://doi.org/10.1016/S1472-9792(08)70007-6

Perri GD, Bonora S. Which agents should we use for the treatment of multidrug-resistant Mycobacterium tuberculosis? J Antimicrob Chemother. 2004 Sep:54(3):593–602. https://doi.org/10.1093/jac/dkh377

Prosser GA, de Carvalho LPS. Reinterpreting the Mechanism of Inhibition of Mycobacterium tuberculosis d-Alanine:d-Alanine Ligase by d-Cycloserine. Biochemistry. 2013:52(40):7145–49. https://doi.org/10.1021/bi400839f

Batson S, de Chiara C, Majce V, Lloyd AJ, Gobec S, Dean Rea, et. al. Inhibition of D-Ala:D-Ala ligase through a phosphorylated form of the antibiotic D-cycloserine. Nature Communications. 2017:8:1939. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02118-7

Neuhaus FC, Lynch JL. The enzymatic synthesis of D-alanyl-D-alanine. 3. On the inhibition of D-alanyl-D-alanine synthetase by the antibiotic D-cycloserine. Biochemistry. 1964:3(4):471–80. https://doi.org/10.1021/bi00892a001

Lambert MP, Neuhaus FC. Mechanism of D-cycloserine action: alanine racemase from Escherichia coli W. J Bacteriol. 1972 Jun:110(3):978–87.

East SP, Silver LL. Multitarget ligands in antibacterial research: progress and opportunities. Expert Opin Drug Discov. 2013 Feb:8(2):143–56. https://doi.org/10.1517/17460441.2013.743991

Walsh CT, Wencewicz TA. Prospects for new antibiotics: a molecule-centered perspective. J Antibiot. 2014 Jan:67(1):7–22. https://doi.org/10.1038/ja.2013.49

Pashynska VA, Kosevich MV, Gomory A, Vekey K. Model mass spectrometric study of competitive interactions of antimicrobial bisquaternary ammonium drugs and aspirin with membrane phospholipids. Biopolym Cell. 2013:29(2):157–62. https://doi.org/10.7124/bc.000814

Pashynska V, Stepanian S, Gomory A, Vekey K, Adamowicz L. Competing intermolecular interactions of artemisinin-type agents and aspirin with membrane phospholipids: Combined model mass spectrometry and quantum-chemical study. Chem Phys. 2015:455:81–7. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2015.04.014

Pashynska V, Stepanian S, Gomory A, Vekey K, Adamowicz L. New cardioprotective agent flokalin and its supramolecular complexes with target amino acids: An integrated mass-spectrometry and quantum-chemical study. J Mol Struct. 2017:1146:441–9. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.06.007

Pashynska VA, Zholobak NM, Kosevich MV, Gomory A, Holubiev PK, Marynin AI. Study of intermolecular interactions of antiviral agent tilorone with RNA and nucleosides. Biophys Bull. 2018:39(1):15–26. https://doi.org/10.26565/2075-3810-2018-39-02

Cole R, editor. Electrospray and MALDI mass spectrometry: fundamentals, instrumentation, practicalities, and biological applications. 2nd edition. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.; 2010. 896 p. ISBN: 978-0-471-74107-7

Loo JA. Electrospray ionization mass spectrometry: a technology for studying non-covalent macromolecular complexes. Int J Mass Spectrom. 2000:200(1–3):175–86. https://doi.org/10.1016/S1387-3806(00)00298-0

Wyttenbach Th, Bowers MT. Intermolecular interactions in biomolecular systems examined by mass spectrometry. Annu Rev Phys Chem. 2007:58:511–33. https://doi.org/10.1146/annurev.physchem.58.032806.104515

McCullough BJ, Gaskell SJ. Using electrospray ionisation mass spectrometry to study non-covalent interactions. Comb Chem High Throughput Screen. 2009:12(2):203–11. https://doi.org/10.2174/138620709787315463

Guevremont R, Siu KWM, Le Blanc JCY, Berman SS. Are the electrospray mass spectra of proteins related to their aqueous solution chemistry? J Am Soc Mass Spectrom. 1992 Mar:3(3):216–24. https://doi.org/10.1016/1044-0305(92)87005-J

Опубліковано
2020-07-10
Цитовано
0 статей
Як цитувати
Pashynska, V., Kosevich, M., & Gomory, A. (2020). Мас-спектрометричне дослідження формування нековалентних комплексів антибіотика циклосерина з N-ацетил-D-глюкозаміном та аскорбіновою кислотою. Біофізичний вісник, (43), 103-110. https://doi.org/10.26565/2075-3810-2020-43-11
Розділ
Молекулярна біофізика