ТЕРМОДИНАМИКА И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ ДНК, СШИТОЙ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫМИ ПРЕПАРАТАМИ

Ландо Д. Ю., Фридман А. С.
Институт биоорганической химии, Национальная академия наук Республики Беларусь, 220141 Минск, Республика Беларусь
Большинство эффективных противоопухолевых препаратов, реализующих свою биологическую активность путем ковалентного связывания с ДНК, формируют в двойной спирали межцепочечные сшивки, коренным образом изменяя структуру, биологические и термодинамические свойства ДНК и останавливая синтез ДНК (деление клеток). Однако их основное отличие от монофункциональных продуктов и внутрицепочечных сшивок, обеспечивающее высокую противораковую активность, заключается в значительной устойчивости по отношению к клеточным репарационным системам, восстанавливающим участки ДНК, поврежденные в результате химической модификации. Термодинамические свойства сшитых ДНК до настоящего времени экспериментально почти не изучались, а теоретическими методами вообще не исследовались. Среди явлений, отражающих стабильность двойной спирали ДНК, ее термодинамические свойства и структуру, особое место занимает температурный переход спираль-клубок. Он связан с локальным (начальная стадия перехода) и полным (конечная стадия) разделением нитей ДНК. Поэтому ковалентное сшивание нитей ДНК сильно влияет на это явление, и именно оно используется в данной работе для изучения влияния сшивающего действия противоопухолевых препаратов на термодинамические свойства ДНК. Разработана термодинамическая теория плавления сшитых ДНК. Показано, что даже идеальное сшивание, не изменяющее ни энтальпию, ни энтропию двойной спирали в точках ковалентного связывания нитей, повышает температуру плавления ДНК (Тпл). Причем в отличие от ДНК без сшивок Тпл очень сильно зависит от жесткости нитей на расплавленных участках и от вида зависимости петлевого энтропийного фактора от длины расплавленного участка. Так, петлевые факторы, заданные выражениями Фиксмана-Фраери (Якобсона-Стокмайера) и Вартелла-Бенайта, дают при расчетах сильно различающиеся зависимости Тпл от концентрации сшивок. Расчеты показывают, что влияние сшивок на стабильность двойной спирали сильно зависит от характера их распределения вдоль цепи и что единственная идеальная сшивка в ДНК длиной в 5000 пар оснований может вызвать сильное изменение дифференциальной кривой плавления.