Исследование особенностей ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИПЕРИЦИНА С ДНК In Silico
,
ГОУ ВПО Российско-Армянский (Славянский) Университет
Введение: В настоящее время в медицине используется широкий спектор биологически активных соединений различной природы, которые входят в состав лекарственных препаратов. Создание новых лекарственных препаратов или повышения эффективности действия уже существующих является передовым направлением фармакологии и молекулярной биологии. В этой области наряду с другими методами используется также метод молекулярной динамики (ММД), для предварительной оценки, прогнозирования и выявления типов и параметров возможных взаимодействий различных биологически активных соединений с клеточными структурами.
Данная работа посвящена исследованию взаимодействия низкомолекулярного соединения гиперицин (ГП) с ДНК ММД.
Гиперицин (ГП)- продукт вторичного метаболизма растений рода Hypericum, который издревле используется в народной медицине и обладает высокой антидепрессантной, антиретровирусной, антиатерогенной, и др. активностями [1-3]. Молекула ГП не является плоской, боковые цепи ароматического скелета отталкиваются друг от друга, создавая форму ''бабочки'' (Рис.1.).
Материалы и методы: При создании модели молекулы ГП были предусмотрены все параметры для построения низкомолекулярных соединений. Были получены силовые поля и сгенерирован топологический файл для ГП с использованием разных программ по биомоделированию [4-8].
Для моделирования взаимодействия было использовано 6 молекул ГП и фрагмент ДНК, состоящий из 18 пар оснований, размещенной на базе данных RCSB [9] со следующей последовательностью
Для проведения компьютерного эксперимента было создано пространство додекаэдрного типа с диамтром 162.0 А0, с объемом 4150.6 нм3, количество воды и ионов составило 13232.00 мол., расчетная концентрация 4.5х10-5
Продолжительность времени симуляции был 20 нс., временной шаг составил Δt = 2 фс. при постоянной температуре Т= 300 К и давление в 1 атм. Координаты всех атомов записывались каждые 2 пс.
Результаты и обсуждения. Нужно отметить, что пути и механизмы действия Гп на клетку недостаточно изучены. В литературе имеются данные о том, что уже после 3 часов инкубации ГП проникает и локолизуется в клеточном ядре [10] . Принимая во внимание этот факт, был проведен компьютерный эксперимент для выявления прямого взаимодействия ГП с ДНК.
Полученные данные по биомоделированию указывают на то, что прямое взаимодействие имеет место. Были рассчитаны параметры взаимодействия и определены конкретные сайты связывания ГП на молекуле ДНК.
Рис 2. Взаимодействие ГП с ДНК: а) ГП на молекуле ДНК –малый желобок, б) Сайты связывания-1) Сахарофосфатный остов, 2) Гуанин
Взаимодействие происходит за счет образования водородных связей с боковыми OH группами ГП и малым желобком ДНК. Молекула ГП взаимодействует с сахарофосфатным остовом и с гуанином в положении N7 (Рис. 2). Энергия взаимодействия не превышает 23.4 Ккал/моль. При взаимодействии одна молекула ГП образует 2 водородных связей. Были расчитаны также константа связывания (К=1.1) и число пар оснований, с которым связывается одна молекула ГП (n=10.3).
Результаты свидетельствуют, что взаимодействие имеет слабый характер. Используя полученные данные, можно предположить, что фармокологический эффект ГП не достигается прямым взаимодействием на молекулу ДНК, а несет в себе иной тип действия. Использование ММД в дальнейших исследованиях даст нам возможность выявить пути воздействия и, наконец, понять механизмы действия молекулы ГП на клетку.
Литература:
1. Lavie D., D. Freeman, et al /HY, a potential anti-AIDS drug/.In Trends of Me Dicinal Chemistry, p. 321–
2. Meruelo, D.,G. LavieandD. Lavie/Therapeutic agents with dramatic antiretroviral activity and little toxicity at effective doses:aromatic polycyclic dions HY and pseudoHY. /Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol.85, p.5230–5
3. Anker, L.,R. Gopolarakrishna, et al./ HY in adjuvant brain tumor therapy/ Dr. Future p. 511–
4. Da Silva S., Vranken A., Laue W. /ACPYPE - AnteChamber PYthon Parser interfac E. Manuscript to be submitted.
5. Hess B., Kutzner C., Van der Spoel D., Lindah L. / GROMACS 4: Algorithms for Highly Efficient, Load-Balanced, and Scalable Molecular Simulation/ E. J. Chem. Theory Comput. V.4, p. 435-447, (2008)
6. http://www. /marvin/sketch/index. php
7. Pettersen E., Goddard T., Huang C., et al. /UCSF Chimera-a visualization system for exploratory research and analysis/ put Chem., v. 25(13), p., (2004).
8. Wang J., Wolf R., Caldwell J., et al., /Development and testing of a general AMBER force field/. J. of Comput. Chem v. 25, p. , (2004)
9. http://www. rcsb. org/pdb/explore/explore. do? structureId=3bse.
, , / Исследование взаимодействия очищенных препаратов гиперицина с ДНК/ Уч. Зап. ЕГУ, т.1, с. 80-85, 2004.