Изменение гидратации при комплексообразовании лигандов с днк (миниобзор)

  • В. В. Костюков Севастопольский национальный технический университет, ул. Университетская, 33, Севастополь, 99053, Украина
  • М. П. Евстигнеев Севастопольский национальный технический университет, ул. Университетская, 33, Севастополь, 99053, Украина

Анотація

В работе проведен аналитический обзор литературных данных об изменениях водной оболочки лиганда и ДНК при комплексообразовании с учетом недавно опубликованных новых результатов по методу СВЧ-диэлектрометрии. Приведены результаты как экспериментальных (СВЧ-диэлектрометрия, волюметрия, осмометрия), так и теоретических (молекулярное моделирование) исследований. Показано, что имеет место принципиальное различие между данными осмометрии, демонстрирующими захват дополнительных молекул воды при связывании лиганда с ДНК, и всеми остальными методами, дающими, наоборот, частичное высвобождение воды. При этом изменения гидратации из СВЧ-диэлектрометрии и молекулярного моделирования хорошо согласуются между собой, однако дают заниженные значения по отношению к волюметрии. Выполненный анализ свидетельствует о необходимости пересмотра методики осмометрии применительно к системам лиганд-ДНК.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: комплексообразование, лиганд, ДНК, гидратация, вытеснение/захват воды.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

1. Jayaram B. The role of water in protein-DNA recognition / B. Jayaram, T. Jain // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2004. – V.33. – P. 343-361.

2. Schwabe J.W. The role of water in protein-DNA interactions / J.W. Schwabe // Curr. Opin. Struct. Biol. – 1997. – V.7. – P. 126-134.

3. Sequence-specific minor groove binding by bis-benzimidazoles: water molecules in ligand recognition / C. Bailly, G. Chessari, C. Carrasco, [et al.] // Nucleic Acids Res. - 2003. – V.31. – P. 1514-1524.

4. Pal S.K. Water at DNA surfaces: Ultrafast dynamics in minor groove recognition / S.K. Pal, L. Zhao, A.H. Zewail // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. – 2003. – V.100. – P. 8113-8118.

5. Nguyen B. A Role for Water Molecules in DNA−Ligand Minor Groove Recognition / B. Nguyen, S. Neidle, W.D. Wilson // Acc. Chem. Res. – 2009. – V.42. - P. 11–21.

6. Spectroscopic and calorimetric study of DNA interaction with a new series of actinocin derivatives / V. Maleev, M. Semenov, E. Kruglova, [et al.] // J. Mol. Struct. – 2003. – V.645. – P. 145-158.

7. Williams H.E.L. Structure, dynamics and hydration of the nogalamycin-d(ATGCAT)2 complex determined by NMR and molecular dynamics simulations in solution / H.E.L. Williams, M.S. Searle // J. Mol. Biol. - 1999. – V.290. – P. 699-716.

8. Liepinsh E. NMR observation of individual molecules of hydration water bound to DNA duplexes: direct evidence for a spine of hydration water present in aqueous solution / E. Liepinsh, G. Otting, K. Wüthrich // Nucleic Acids Res. – 1992. – V.20. – P. 6549–6553.

9. Subramanian P.S. Theoretical considerations on the "spine of hydration" in the minor groove of d(CGCGAATTCGCG).d(GCGCTTAAGCGC): Monte Carlo computer simulation / P.S. Subramanian, G. Ravishanker, D.L. Beveridge // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. – 1988. – V.85. – P. 1836-1840.

10. Kostjukov V.V. Izmenenie gidratacii pri kompleksoobrazovanii aromaticheskih ligandov s DNK: modelirovanie metodom molekuljarnoj dinamiki / V.V. Kostjukov, N.M. Homutova, M.P. Evstigneev // Biopolimery i kletka.–2010.–T.26.–C. 1–9.

11. Kashpur V.A. Izmenenija gidratacii pri obrazovanii kompleksov DNK-ligand po dannym dijelektrometrii / V.A. Kashpur, O.V. Horunzhaja, V.Ja. Maleev // Dokl. NANU. – 2010. - №7. – S. 170 – 175.

12. Izmenenija gidratacii pri obrazovanii kompleksov DNK s nekotorymi interkaljatorami / O.V. Horunzhaja, V.A. Kashpur, D.A. Pesina, V.Ja. Maleev // Biofiz. visnik. – 2010. - Vip. 24 (1). – S. 5 – 13.

13. Maleev V.Ya. A spectroscopic and calorimetric study of dna complexation with a new series of actinocin derivatives (ActII-ActV) / V.Ya. Maleev, M.A. Semenov, E.B. Kruglova // in “Anti-Cancer Drug Design: Biological and Biophysical Aspects of Synthetic Phenoxazone Derivatives”, Ed. by A.N. Veselkov and D.B. Davies, SevNTU press, 2002, P. 47-126.

14. Han F. Association of the minor groove binding drug Hoechst 33258 with d(CGCGAATTCGCG)2: volumetric, calorimetric, and spectroscopic characterizations / F. Han, N. Taulier, T.V. Chalikian // Biochemistry. – 2005. – V.44. – P. 9785-9794.

15. Parsegian V.A. Macromolecules and water: probing with osmotic stress / V.A. Parsegian, R.P. Rand, D.C. Rau // Methods Enzymol. – 1995. - V.259. – P. 43-94.

16. Kostjukov V.V. Izmenenie gidratacii pri svjazyvanii ligandov s malym zhelobkom DNK / V.V. Kostjukov, M.P. Evstigneev // Fizika zhivogo. - 2010. - T.18. - S. 34-40.

17. Molecular dynamics simulations and free energy calculations of netropsin and distamycin binding to an AAAAA DNA binding site / J. Dolenc, C. Oostenbrink, J. Koller, W.F. van Gunsteren // Nucleic Acids Res. – 2005. - V.33. – P. 725–733.

18. On the Molecular Mechanism of Drug Intercalation into DNA: A Simulation Study of the Intercalation Pathway, Free Energy, and DNA Structural Changes / A. Mukherjee, R. Lavery, B. Bagchi, J.T. Hynes // J. Am. Chem. Soc. – 2008. – V.130. – P. 9747–9755.

19. Influence of Drug Binding on DNA Hydration: Acoustic and Densimetric Characterizations of Netropsin Binding to the Poly(dAdT)•Poly(dAdT) and Poly(dA)•Poly(dT) Duplexes and the Poly(dT)•Poly(dA)•Poly(dT) Triplex at 25 °C / T.V. Chalikian, G.E. Plum, A.P. Sarvazyan, K.J. Breslauer // Biochemistry. – 1994. – V.33. – P. 8629-8640.

20. Han F. Hydration Changes Accompanying Nucleic Acid Intercalation Reactions:Volumetric Characterizations / F. Han, T.V. Chalikian // J. Am. Chem. Soc. – 2003. – V.125. – P. 7219-7229.

21. Qu X. Contrasting Hydration Changes for Ethidium and Daunomycin Binding to DNA / X. Qu, J.B. Chaires // J. Am. Chem. Soc. - 1999. - Vol.121. – P. 2649 – 2650.

22. Qu X. Hydration Changes for DNA Intercalation Reactions / X. Qu, J.B. Chaires // J. Am. Chem. Soc.–2001.–V.123.–P. 1–3.

23. Hydration of Drug−DNA Complexes: Greater Water Uptake for Adriamycin Compared to Daunomycin / H. Yu, J. Ren, J.B. Chaires, X. Qu // J. Med. Chem. – 2008. – V.51. – P. 5909–5911.

24. Hydration Changes Accompanying the Binding of Minor Groove Ligands with DNA / N.N. Degtyareva, B.D. Wallace, A.R. Bryant, [et al.] // Biophys. J. – 2007. – V.92. – P. 959–965.

25. Sidorova N.Y. The osmotic sensitivity of netropsin analog binding to DNA / N.Y. Sidorova, D.C. Rau // Biopolymers.–1995.–V.35.–P. 377–384.

26. Neto J.R. Water Regulation of Actinomycin-D Binding to DNA: The Interplay Among Drug Affinity, DNA Long-Range Conformation, and Hydration / J.R. Neto, M.F. Colombo // Biopolymers.–2000.–V.53.–P. 46–59.

27. Hydration Changes in the Association of Hoechst 33258 with DNA / J.R. Kiser, R.W. Monk, R.L. Smalls, J.T. Petty // Biochemistry. – 2005. – V.44. – P. 16988-16997.

28. Kostjukov V.V. Jenergija interkaljacii aromaticheskih geterociklicheskih ligandov v DNK i ee razdelenie na additivnye sostavljajuwie / V.V. Kostjukov // Biopolimery i kletka. - 2011. - T. 27. - S. 258–267.

29. Shimizu S. Estimating hydration changes upon biomolecular reactions from osmotic stress, high pressure, and preferential hydration experiments / S. Shimizu // Proc. Natl. Acad.Sci. USA. – 2004. - V.101. – P. 1195–1199.

30. Parsegian V.A. Osmotic stress, crowding, preferential hydration, and binding: A comparison of perspectives / V.A. Parsegian, R.P. Rand, D.C. Rau // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2000. - V.97. – P. 3987-3992.

31. Vapor pressure osmometry studies of osmolyte-protein interactions: implications for the action of osmoprotectants in vivo and for the interpretation of "osmotic stress" experiments in vitro / E.S. Courtenay, M.W. Capp, C.F. Anderson, M.T. Record // Biochemistry. 2000. – V.39. – P. 4455-71.

32. Timasheff S.N. Protein-solvent preferential interactions, protein hydration, and the modulation of biochemical reactions by solvent components / S.N. Timasheff // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2002. - V.99. – P. 9721-9726.

33. Interpreting the effects of small uncharged solutes on protein-folding equilibria / P.R. Davis-Searles, A.J. Saunders, D.A. Erie, [et al.] // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. -2001. – V.30. – P. 271-306.
Цитовано
0 статей
Як цитувати
Костюков, В., & Евстигнеев, М. (1). Изменение гидратации при комплексообразовании лигандов с днк (миниобзор). Біофізичний вісник, 2(27). Retrieved із https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/2525
Розділ
Молекулярна біофізика