Анотація до роботи:

Мухіна Ю.В. Нековалентні взаємодії флавін-мононуклеотиду із біологічно активними ароматичними речовинами та ДНК. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. – Севастопольський національний технічний університет, м. Севастополь, 2006.

Вивчено молекулярні механізми взаємодії флавін-мононуклеотиду із ароматичними БАC - антипухлинними антибіотиками і мутагенами, а також спільне зв’язування БАC з ДНК у присутності вітаміну у водному розчині. Для визначення параметрів комплексів використані методи одно- та двомірної спектроскопії ЯМР (500 МГц). Методом молекулярної механіки з використанням програми X-PLOR та результатів аналізу двомірних ЯМР спектрів визначені найбільш імовірні просторові структури гетерокомплексів.

Показано, що ароматичні молекули вітаміну та антибіотиків/мутагенів можуть утворювати енергетично міцні гетероасоціати у водному розчині, які стабілізуються, в основному, за рахунок стекінг-взаємодії хромофорів сполук, при цьому в деяких системах імовірно утворення Н-зв’язку. Проведено порівняльний аналіз взаємодії гідротропних агентів (кофеїн і нікотинамід) з вітаміном. Вивчено комплексоутворення флавін-мононуклеотиду з 5’-d(TpGpCpA). Запропонована модель аналізу спільного зв’язування двох лігандів із ДНК; сформульовано критерій, що дозволяє вказати переважаючий процес, який дає вклад в зменшення зв’язування БАС з ДНК. Введено поняття інтерцепторного і протекторного механізмів дії FMN, та показано, що у трикомпонентній суміші Вітамін-БАС-ДНК існує потенційна можливість зниження токсичності лікарських препаратів при їх комбінованому використанні із вітаміном В₂.

1. Методом ¹H ЯМР-спектроскопії вивчена гетероасоціація ароматичних біологічно активних сполук (БАС): антипухлинних антибіотиків (дауноміцин, ногаламіцин, актиноміцин D, новатрон), мутагенів (фенантридиновий барвник бромистий етидій, акридіновий барвник профлавін та кофеїн) із похідним вітаміну В₂ – флавін-мононуклеотидом. Визначено термодинамічні параметри реакцій асоціації: рівноважну константу, ентальпію, ентропію та енергію Гібса. Визначено просторові структури 1:1 гетерокомплексів молекул.

2. Аналіз даних одно- та двомірної ЯМР-спектроскопії, розрахункових структур гетерокомплексів і термодинамічних параметрів гетероасоціації FMN з ароматичними БАС свідчить про утворення стопочних асоціатів молекул у водному розчині за рахунок вертикальних стекінг-взаємодій хромофорів.

3. Показано, що гетерокомплекси FMN із NOV, EB, PF можуть додатково стабілізуватися у розчині міжмолекулярним водневим зв'язком.

4. Аналіз параметрів гетероасоціації FMN з CAF та отримана структура комплексу дозволяють припустити, що комплексоутворення у системі FMN-CAF є важливим фактором підвищення розчинності вітаміну у присутності кофеїну. Суттєво більша ефективність солюбілізуючої дії кофеїну у порівнянні з нікотинамідом на малорозчинні БАС в однакових умовах розчинника корелює з визначеною у дисертаційній роботі рівноважною константою гетероасоціації.

5. Визначені рівноважні константи комплексоутворення FMN із тетрамером ДНК. Аналіз параметрів комплексоутворення свідчить про переважно інтеркаляційний тип зв’язування вітаміну із дуплексною формою d(TGCA) у водному розчині, причому процес комплексоутворення має антикооперативный характер.

6. Запропонована фізична модель зв’язування ароматичного ліганду з ядерною ДНК у присутності вітаміну В_2. Основу моделі складає уявлення про зв’язування ліганду із вільними від білків частками ядерної ДНК.

7. На прикладі трикомпонентної системи FMN-DAU-ДНК експериментально показана можливість використання рівноважних параметрів, отриманих на підставі дослідження одно- та двокомпонентних розчинів, для аналізу зв’язування ароматичних сполук із ДНК у водному розчині у присутності ароматичного вітаміну.

8. Введено поняття інтерцепторного та протекторного механізмів дії вітаміну В₂ на зниження ступеню зв’язування ароматичного ліганду із ДНК. Сформульовано критерій, який дозволяє розділити процеси гетероасоціації вітаміну із досліджуваними ароматичними молекулами та комплексоутворення вітаміну із ДНК.

9. Показано, що в певних умовах інтерцепторний, або протекторний механізми домінують у системі, що має однозначну кореляцію із рівноважною константою гетероасоціації ліганд - вітамін. Знайдені емпіричні співвідношення, які дозволяють розрахувати відношення інтерцепторної/протекторної дії вітаміну, а також частку ліганду, витиснутого із ДНК при додаванні вітаміну, як функцію рівноважних констант гетероасоціації і комплексоутворення ліганду з ДНК.

10. Вважаючи, що основними механізмами дії вітаміну B₂ на даний ароматичний препарат є протекторна (конкуренція за місця посадки на ДНК) та інтерцепторна (гетероасоціація), то результати виконаної роботи дозволяють завбачувати відносне зниження токсичності ліганду у присутності вітаміну та вказати домінуючий молекулярний процес, відповідаючий за цю зміну активності препарату.

Публікації автора:

1. Lantushenko A.O., Veselkov K.A., Mukhina Y.V., Davies D.B., Veselkov A.N. ¹H NMR analysis of complexation of hydrotropic agents nicotinamide and caffeine with aromatic biologically active molecules in aqueous solution // Proc. of SPIE. - 2004. - Vol.5507. - P. 178-183.

2. Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Эрнандес Сантьяго А.А., Веселков К.А., Рогова О.В., Мухина Ю.В., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. Анализ ассоциации кофеина с флавин-мононуклеотидом по данным ПМР-спектров в водном растворе // Журнал Физ. химии. – 2005. - Т. 79, № 4. - С. 673-679.

3. Веселков А.Н., Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Мухина Ю.В., Дэвис Д.Б. Структурный и термодинамический анализ гетероассоциации молекул новатрона и флавин-мононуклеотида в водном растворе методом ¹Н ЯМР–спектроскопии // Биоорганическая химия. - 2005. - Т. 31, №5. - С. 503-510.

4. Веселков А.Н., Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Мухина Ю.В., Рыбакова К.А., Дэвис Д.Б. Анализ комплексообразования ароматических молекул антибиотика и витамина в водном растворе методом ¹Н ЯМР–спектроскопии: гетероассоциация актиномицина D и флавин-мононуклеотида // Биофизика. - 2005. - Т. 50, Вып.1. - С. 20-27.

5. Евстигнеев М.П., Розвадовская А.О., Зубченок О.В., Мухина Ю.В., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. ¹Н ЯМР анализ гетероассоциации антиопухолевых антибиотиков дауномицина и актиномицина D в водном растворе // Журн.органич.химии. - 2005. - Т. 41, №8. - С. 1180-1186.

6. Мухина Ю.В., Евстигнеев М.П. Связывание ароматических лигандов с ДНК в присутствии витамина // Вестник СевГТУ (серия «Физика и математика»). - 2005. - T. 70. - С. 62-73.

7. Evstigneev M.P., Mukhina Y.V., Davies D.B. Complexation of daunomycin with a DNA oligomer in the presence of an aromatic vitamin (B₂) determined by NMR spectroscopy // Biophys.Chem. – 2005. - Vol.118. - P. 118-127.

8. Evstigneev M.P., Mukhina Y.V., Davies D.B. ¹H NMR study of the hetero-association of flavin-mononucleotide with mutagenic dyes: ethidium bromide and proflavine // Molecular Physics. – 2006. - Vol.104, № 4. - P. 647-654.

9. Lantushenko A.O., Veselkov K.A., Mukhina Y.V., Davies D.B., Veselkov A.N. ¹H NMR analysis of self-association of hydrotropic agent nicotinamide and its complexation with riboflavine-mononucleotide in aqueous solution // Proc. International School-Seminar "Spectroscopy of molecules and crystals". XVI. - Sevastopol (Ukraine). - 2003. - С. 223.

10. Lantushenko A.O., Mukhina Y.V., Veselkov D.A., Davies D.B., Veselkov A.N. ¹H NMR investigation of the complexation of hydrotropic agents (e.g. nicotinamidе and caffeine) with aromatic drugs in aqueous solution // Proc. International Meeting on NMR spectroscopy. XVI. – Cambridge (England). - 2003. - Р. 2.12.

11. Мухина Ю.В., Веселков А.Н. Молекулярный механизм солюбилизирующего действия гидротропных агентов на биологически активные ароматические соединения в водном растворе // Труды 5-й международной междисциплинарной научно-практической конференции «Современные проблемы науки и образования». – Алушта (Украина). - 2004. - С. 22.

12. Rozvadovskaya A.O., Evstigneev M.P., Chubarov A.S., Mukhina Y.V., Veselkov A.N. Molecular mechanism of the complexation of aromatic biologically active compounds (antibiotics and vitamins) in aqueous solution: ¹H NMR analysis // Proc. International young scientists’ conference on applied physics. IV. - Kyiv (Ukraine). - 2004. – Р. 179.

13. Мухина Ю.В., Веселков А.Н. ¹Н ЯМР анализ взаимодействия гидротропных агентов с флавин-мононуклеотидом в водном растворе // Труды 1 Украинской научной конференции «Проблемы биологической и медицинской физики». – Харьков (Украина). - 2004. – С. 84.

14. Davies D.B., Mukhina Y.V., Evstigneev M.P. ¹H NMR study of the hetero-association of mutagenic dyes, ethidium bromide and proflavine, with flavin-mononucleotide // Труды III Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды. - Ростов-на-Дону (Россия). – 2005. – С. 161.

15. Мухина Ю.В. Анализ взаимодействия антибиотика дауномицина с олигомером ДНК в присутствии флавин-мононуклеотида в водном растворе // Труды Всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Физика. Биофизика - 2005". - Севастополь (Украина). - 2005. - С. 72-73.

16. Барановский С.Ф., Мухина Ю.В., Евстигнеев М.П. Анализ взаимодействия флавин-мононуклеотида с дезокситетрануклеотидом 5'-d(TpGpCpA) в водном растворе по данным ¹Н ЯМР–спектроскопии // Труды Всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Физика. Биофизика - 2005". - Севастополь (Украина). - 2005. - С. 74-75.

17. Mukhina Y.V., Evstigneev M.P. Interactions of flavin-mononucleotide with aromatic mutagens in aqueous solution // Proc. International Conference ‘Physics of Liquid Matter: Modern Problems’. III. - Kyiv (Ukraine). - 2005. - Р. 36.

18. Davies D.B., Evstigneev M.P., Mukhina Y.V., Djimant L.N. Non-covalent interactions of flavine-mononucleotide with aromatic drug molecules studied by NMR // Proc. International School-Seminar “Spectroscopy of Molecules and Crystals”. XVII. – Beregove (Ukraine). - 2005. - P. 267-268.

19. Мухина Ю.В., Евстигнеев М.П. Нековалентные взаимодействия производного витамина В₂ флавин-мононуклеотида с биологически активными ароматическими веществами и ДНК // Труды Второй всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Физика. Биофизика - 2006". – Севастополь (Украина). - 2006. - С.76-78.