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