Загальні принципи розпізнавання та взаємодії днк з хімічно синтезованими речовинами та малими молекулами

Велика кількість лікувальних препаратів та антибіотиків, як зараз вважається, проявляють свою первинну біологічну дію через утворення нековалентних взаємодій з ДНК та послідуюче інгібування функцій транскрипції та реплікації. Саме таким чином досягається лікувальний ефект проти цілої низки хвороб людини та тварин, починаючи з раку, бактеріальних та вірусних інфекцій, і закінчуючи паразитними захворюваннями, такими як малярія та трипаносоміаз.

Антиракова хіміотерапія традиційно використовує взаємодіючі з ДНК цитотоксичні ліки, велика кількість з яких приєднується до ДНК ковалентно, інші - нековалентно. Такі ліки, як правило, запобігають використанню ДНК у якості матриці, тому відносяться то транскрипційно-інгібуючих. Наприклад, антибіотик актиноміцин D є одним з найпотужніших антиракових лікувальних препаратів, що діють через інгібування транскрипції, його не ковалентні взаємодії з ДНК вивчені достатньо добре на молекулярному рівні.

Багато з таких антиканцерних препаратів діють через взаємодію не лише з ДНК, а також з пов’язаними з нею ферментами, формують третинні комплекси, що включають у себе топоізомерази І та ІІ. Результатом такої дії є неможливість з боку фермента завершити каталітичний цикл та замкнути внесений подвійний розрив у ДНК, що може використовується для розповсюдження летальних ефектів на ракові клітини в основу через активацію антионкогенного продукту р53.

Одначе багато з подібних анти ракових препаратів мають доволі низький терапевтичний індекс (відношення між терапевтичною та токсичною дозами), тобто діють і на здорові клітини, що робить їх використання небезпечним. Тому насьогодні основною метою вивчення подвійних (ДНК-препарат) та потрійних (ДНК-білок-препарат) комплексів є розробка та впровадження більш ефективних да безпечних для нормальних тканин ліків, а також конструктів, що селективно зв’язуються з комплексами ДНК-білок, які можуть знаходитися у оверекспресованій формі за патологічних умов. Як приклад можна привести ДНК-реактивні ліки, які направлені на пригнічення оверекспресії ДНК топоізомераз, пов’язаної з підвищеною проліферативною активністю ракових клітин, тобто направлені на конкретні гени.

Загалом усі взаємодіючі з ДНК препарати можна поділити на дві великі групи:

1. Ті, що формують ковалентні зв’язки з ДНК,

2. Ті, що формують не ковалентні зв’язки з ДНК.

У межах кожної з груп виділяють низку підгруп за точним механізмом взаємодії з можливим перекриттям. Наприклад, електростатично-контактуючі молекули діють через не ковалентні взаємодії між катіонною групою та негативно зарядженими фосфатами ДНК. Серед прикладів таких речовин можна відмітити високомобільні природні поліаміни, такі як спермін або спермідин, які часто використовуються у методиках кристалізації НК у якості екрану між фосфатними групами у складі різних молекул ДНК та РНК. Взагалі, більшість нековалентно взаємодіючих з НК речовин являють собою саме катіони, що зв’язуються з ДНК або РНК електростатично.

Для виявлення можливості та механізмів зв’язування препаратів з НК часто використовують комп’ютерне моделювання із застосуванням прикладних програм, таких як DOCK, яка дозволяє порахувати енергії зв’язування різних речовин на генералізованій моделі В-форми ДНК та визначити можливість зв’язування різних лігандів з нею. Альтернативним підходом є так звані методи скрінінгу ДНК-зв’язуючих речовин, наприклад, так звані протоколи Монте-Карло, які направлені на підбір конкретних препаратів за алгоритмом скрінінгу певних бібліотек сполук. Одначе на даному етапі за допомогою цих методів можна виявити лише загальні параметри зв’язування по відношенню лише до групи схожих між собою речовин.