Зміна гідратації при комплексоутворенні лігандів з днк (міні-огляд)
Ключові слова:
комплексоутворення, ліганд, ДНК, гідратація, витіснення / захоплення води.
Анотація
В роботі проведено аналітичний огляд літературних даних щодо зміни водної оболонки ліганда і
ДНК при комплексоутворенні з урахуванням недавно опублікованих нових результатів за методом
НВЧ-діелектрометрії. Наведено результати як експериментальних (НВЧ-діелектрометрії,
волюметрії, осмометрії), так і теоретичних (молекулярне моделювання) досліджень. Показано, що
має місце принципова відмінність між даними осмометрії, що демонструють захоплення
додаткових молекул води при зв'язуванні ліганда з ДНК, і всіма іншими методами, що дають,
навпаки, часткове вивільнення води. При цьому зміна гідратації за даними НВЧ-діелектрометрії і
молекулярного моделювання добре узгоджуються між собою, проте дають занижені значення по
відношенню до волюметрії. Виконаний аналіз свідчить про необхідність перегляду методики
осмометрії стосовно до систем ліганд-ДНК.
Завантаження
##plugins.generic.usageStats.noStats##
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.
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
Як цитувати
Kostjukov, V. V., & Evstigneev, M. P. (1). Зміна гідратації при комплексоутворенні лігандів з днк (міні-огляд). Біофізичний вісник, 2(27). вилучено із https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/2525
Розділ
Молекулярна біофізика
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).
