Вивчення міжмолекулярної взаємодії антивірусного агенту тилорону з РНК та нуклеозидами
DOI:
https://doi.org/10.26565/2075-3810-2018-39-02Ключові слова:
тилорон, РНК, нуклеозиди, міжмолекулярна взаємодія, динамічне розсіювання світла, мас-спектрометріяАнотація
Актуальність. Незважаючи на застосування антивірусного та інтерферон-індукуючого агенту тилорону в якості діючої речовини ряду сучасних фармакологічних препаратів, молекулярні механізми його антивірусної дії залишаються предметом наукової дискусії. Тому дослідження на молекулярному рівні взаємодії тилорону з біомолекулами-мішенями та їх компонентами є актуальними та важливими з точки зору встановлення молекулярних механізмів його біологічної активності.
Мета роботи. Метою роботи стало вивчення міжмолекулярних взаємодій тилорону з потенційними біомолекулами-мішенями: нуклеїновими кислотами та їх компонентами – нуклеозидами, що можуть містити, як пуринові, так і піримідинові азотисті основи.
Матеріали і методи. Об’єктами дослідження було обрано модельні системи, що містили тилорону дигідрохлорид та потенційні молекули-мішені одноланцюгові РНК (ssRNA), які було отримано з дріжджів Saccharomyces cerevisiae, або нуклеозиди: аденозин (Ado), тимідин (Thd), чи уридин (Urd). Маючи за мету вивчення можливої агрегації тилорону з біомолекулами, методом динамічного розсіювання світла було досліджено систему (тилорон+РНК) (молярне співвідношення компонентів 1:10) у розчині, в складі якого – натрій-фосфатний буфер з додаванням 10% сироватки крові теляти. Метод мас-спектрометрії з іонізацією електророзпиленням було застосовано для дослідження міжмолекулярних взаємодій в модельних бінарних системах (тилорон+нуклеозид) (Ado або Thd, або Urd, молярне співвідношення 1:10) та трьохкомпонентній системі (тилорон + Ado + Urd) (молярне співвідношення 1:10:10), які було розчинено в полярному розчиннику – метанолі.
Результати. Дані, отримані методом динамічного розсіювання світла, свідчать, що в умовах, наближених до фізіологічних, введення тилорону у розчин РНК призводить до формування в системі молекулярних агрегатів тилорон+ssRNA, які у 10 разів перевищують за розміром частинки, присутні у вихідному розчині РНК. Результати мас-спектрометричного експерименту показують, що мас-спектри усіх досліджених бінарних систем (тилорон+нуклеозид) містять піки іонів, які характерні для індивідуальних компонентів сумішей, а в спектрі системи (тилорон + Urd) поряд з вищезазначеним реєструється досить інтенсивний сигнал стабільного іон-молекулярного кластеру Urd•Til•2H2+. Мас-спектрометричне дослідження трьохкомпонентної модельної системи (тилорон + Ado + Urd) підтвердило дані щодо можливої вибірковості зв’язування тилорону з нуклеозидами, оскільки при наявності у спектрі сигналу нековалентного комплексу Urd•Til•2H2+ піки кластерів Ado з тилороном в спектрі не виявленo.
Висновки. Методом динамічного розсіювання світла показано формування великорозмірних молекулярних агрегатів тилорону з РНК у розчині, який за фізико-хімічними параметрами наближений до фізіологічного. В дослідженнях методом мас-спектрометрії з іонізацією електророзпиленням виявлено утворення стабільних нековалентних комплексів Urd•Til•2H2+ в модельних системах (тилорон + нуклеозид), утворення комплексів тилорону з Ado чи Thd не зареєстровано. Отримані дані свідчать про можливість формування стабільних нековалентних комплексів тилорону з одноланцюговими РНК та їх компонентами в біологічних системах та вказують на Urd як на один з потенційних центрів специфічного зв’язування молекул РНК з тилороном.
Завантажити
Посилання
Krueger, R.E., Mayer, G.D. (1970) Tilorone hydrochloride: an orally active antiviral agent. Science, 16(3951), 1213-1214. doi: 10.1126/science.169.3951.1213.
Mayer, G.D., Krueger, R.E. (1970). Tilorone hydrochloride: mode of action. Science, 169(3951), 1214-1215. doi: 10.1126/science.169.3951.1214.
Stringfellow, D.A., Glasgow, L.A. (1972). Tilorone hydrochloride: an oral interferon-inducing agent. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2(2), 73-78. doi: 10.1128/AAC.2.2.73.
Ekins, S., Lingerfelt, M.A., Comer, E.A., Freiberg, A.N., Mirsalis, J.C., O’Loughlin, K., Harutyunyan, A., McFarlane, C., Green, C.E., Madrid, P.B. (2018). Efficacy of Tilorone Dihydrochloride against Ebola Virus Infection. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 62(2), e01711-e01717. doi:10.1128/AAC.01711-17.
Kalugin, O.V. (2013). Tilorone as a chosen preparation for prevention and treatment of acute respiratory viral infections. Lechebnoe delo, (10), 1-6. (in Russian) https://www.lvrach.ru/2013/10/15435831/.
Peniche, A.G., Osorio, Y., Renslo, A.R., Frantz, D.E., Melby, P.C., Travi, B.L. (2014). Development of an ex vivo lymph node explant model for identification of novel molecules active against Leishmania major. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 58(1), 78-87. doi: 10.1128/AAC.00887-13.
Wissing, M.D., Dadon, T., Kim, E., Piontek, K.B., Shim, J.S., Kaelber, N.S., Liu, J.O., Kachhap, S.K., Nelkin, B.D. (2014). Small-molecule screening of PC3 prostate cancer cells identifies tilorone dihydrochloride to selectively inhibit cell growth based on cyclin-dependent kinase 5 expression. Oncology Reports, 32, 419-424. doi: 10.3892/or.2014.3174.
Zhou, D., Tuo, W., Hu, H., Xu, J., Chen, H., Rao, Z., Xiao, Y., Hua, X., Liu, P. (2013). Synthesis and activity evaluation of tilorone analogs as potential anticancer agents. European Journal of Medicinal Chemistry, 64, 432-441. doi:10.1016/j.ejmech.2013.03.050.
Grigoryan, S.S., Isaeva, E.I., Bakalov, V.V., Osipova, E.A., Prostyakov, I.V., Nadorov, S.A. (2015). Amixin: induction of interferons-α, -β, -γ and -λ in serum and lung tissue. Russkii Meditsinskii Zhurnal, (2), 93-99. (in Russian)
Zhuk, M., Sumriy, S.K., Zhuk, O.V. (2017). Elimination kinetics of synthetic interferon inducer tilorone in experimental animals. Journal of Pre-Clinical and Clinical Research, 11(2), 127-131. doi: 10.26444/jpccr/81165.
Ratan, R.R., Siddiq, A, Aminova, L., Langley, B., McConoughey, S., Karpisheva, K., Gazaryan, I. (2008). Small molecule activation of adaptive gene expression: tilorone or its analogs are novel potent activators of hypoxia inducible factor-1 that provide prophylaxis against stroke and spinal cord injury. Annals of the New York Academy of Sciences, 1147(1), 383-394. doi: 10.1196/annals.1427.033.
Feng, J., Weitner, M., Shi, W., Zhang, S., Sullivan, D., Zhang, Y. (2015). Identification of Additional Anti-Persister Activity against Borrelia burgdorferi from an FDA Drug Library. Antibiotics, 4 (3), 397–410. doi: 10.3390/antibiotics4030397.
Giron, D.J., Schmidt, J.P., Pindak, F.F. (1972). Tilorone hydrochloride: lack of correlation between interferon induction and viral protection. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 1(1), 78-79. doi: 10.1128/AAC.1.1.78.
Chatterjee, S.S., & Chakraborty, T. (2009). Isolation of bacterial RNA from cultures. In D. Lin (Ed.) Handbook of nucleic acid purification (pp. 107-128). Boca Raton: CRC Press Taylor@Francis Group.
Stetefeld, J., McKenna, S., Patel, T.R. (2016). Dynamic light scattering: a practical guide and applications in biomedical sciences. Biophysical Reviews, 8(4), 409-427. doi: 10.1007/s12551-016-0218-6.
Karpov, A.V., Zholobak, N.M., Spivak, N.Y., Rybalko, S.L., Antonenko, S.V., Krivokhatskaya, L.D. (2001). Virus-inhibitory effect of a yeast RNA – tilorone molecular complex in cell cultures. Acta virologica, 45(3), 181-184.
Karpov, A.V., & Zholobak, N.M. (1995). The interferonogenic properties of yeast RNA-tilorone complexes in a cell culture. Antibiotiki i khimioterapiia, 40(5), 20-23. (in Russian)
Karpov, A.V., Zholobak, N.M. (1996). Production of type I interferons in the body exposed to yeast RNA-tiloron molecular complexes. Voprosy virusologii, 41(1), 13-16. (in Russian)
Pirher, N., Ivicak, K., Pohar, J., Bencina, M., Jerala, R. (2008). A second binding site for double-stranded RNA in TLR3 and consequences for interferon activation. Nature Structural & Molecular Biology, 15(7), 761-763. doi: 10.1038/nsmb.1453.
DeWitte-Orr, S.J., Mehta, D.R., Collins, S.E., Suthar, M.S., Gale, M., Mossman, K.L. (2009). Long Double-Stranded RNA Induces an Antiviral Response Independent of IFN Regulatory Factor 3, IFN-β Promoter Stimulator 1, and IFN. The Journal of Immunology, 183(10), 6545-6553. doi: 10.4049/jimmunol.0900867.
Pashynska, V.A., Kosevich, M.V., Van den Heuvel, H., Claeys, M. (2004). Characterization of noncovalent complexes of antimalarial agents of the artemisinin type and Fe(III)-heme by electrospray ionization mass spectrometry and collisional activation tandem mass spectrometry. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 15, 1181-1190.
Pashynska, V.A., Kosevich, M.V., Gomory, A., Vekey, K. (2012). Investigations of the formation of noncovalent complexes between antimicrobial agent ethonium with membrane phospholipids by electrospray ionization mass spectrometry. Mass-Spectrometria, 9(2), 121-128.
Pashynska, V., Kosevich, M., Stepanian S., Adamowicz L. (2007). Noncovalent complexes of tetramethylammonium with chlorine anion and 2,5-dihydroxybenzoic acid as models of the interaction of quaternary ammonium biologically active compounds with their molecular targets. A theoretical study. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, 815, 55-62. doi:10.1016/j.theochem.2007.03.019.
Pashynska, V., Stepanian, S., Gomory, A., Vekey, K., Adamowicz L. (2015). Competing intermolecular interactions of artemisinin-type agents and aspirin with membrane phospholipids: Combined model mass spectrometry and quantum-chemical study. Chemical Physics, 455, 81-87. doi:10.1016/j.chemphys.2015.04.014.
Pashynska, V., Stepanian, S., Gomory, A., Vekey, K., Adamowicz L. (2017). New cardioprotective agent flokalin and its supramolecular complexes with target amino acids: An integrated mass-spectrometry and quantum-chemical study. Journal of Molecular Structure, 1146, 441-449. doi:10.1016/j.molstruc.2017.06.007.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
