Искусственная спиральная молекула повторила поверхностные свойства ДНК

Французские химики синтезировали ароматический олигоамид, по своим поверхностным свойствам — расположению и заряду химических групп — полностью аналогичный двойной спирали ДНК. Полученную молекулу можно использовать в качестве ингибитора реакции между ДНК и теми ферментами, для которых не важна последовательность нуклеотидов, а взаимодействие основано только на поверхностных свойствах нуклеиновой кислоты, пишут ученые в статье в Nature Chemistry.

Кодирование информации и образование двойной спиральной структуры в молекуле ДНК происходит, в первую очередь, за счет нужной последовательности азотистых оснований. Однако многие неспецифичные взаимодействия с белками внутри клетки определяются не внутренней структурой двойной спирали ДНК, а ее внешней поверхностью, на которую попадают отрицательно заряженные фосфатные группы. И если синтетических аналогов ДНК, способных кодировать информацию за счет тех или иных последовательностей химических групп, было предложено немало, то создать искусственный аналог двойной спирали ДНК, который обладал бы такими же поверхностными свойствами (в первую очередь, обладающими тем же пространственным расположением наружных химических групп и их зарядом), к настоящему моменту создано не было. Тем не менее, такие соединения могут оказаться весьма полезными для создания лекарственных препаратов, основанных на регуляции взаимодействия между ферментами и нуклеиновыми кислотами.

Французские химики под руководством Ивана Юка (Ivan Huc) из Университета Бордо синтезировали спиральную молекулу, которая за счет своей структуры внешне имитирует двойную спираль ДНК: в ней точно таким же образом расположены так же заряженные химические группы. Состоит предложенная молекула из трех типов ароматических молекул на основе хинолина, содержащих в своем составе карбоксильную и аминогруппу, а также присоединенный фосфатный участок. За счет реакции между карбоксильной и аминогруппой несколько таких молекул могут объединяться в единый ароматический олигоамид с вытянутой закрученной структурой. Наружу из этой спиральной структуры оказываются направлены заряженные отрицательно фосфатные группы.

В зависимости от порядка чередования структурных единиц в этом олигоамиде, можно получать несколько видов спиральных молекул с различной степенью «закрученности», с углом поворота спирали на каждом шаге от 5 до 70 градусов. Один из типов молекул, при котором каждый следующий фосфат в цепочке повернут относительно предыдущего на примерно на 35 градусов, очень близок по своей структуре к двойной цепочке ДНК, в которой практически такой же угол поворота.

Оказалось, что кроме внешнего структурного подобия, синтезированные ароматические олигоамиды обладают и химическим сходством. Они, так же как и олигонуклеотиды, могут реагировать с теми ферментами, для которых взаимодействие с молекулой ДНК не зависит от последовательности нуклеотидов, а определяется только внешней структурой. В частности, эти олигоамиды удалось связать с топоизомеразой-1 и интегразой ВИЧ-1 и встроить искусственные аналоги ДНК ровно на то место, куда обычно присоединяется молекула ДНК.

Ученые утверждают, что полученные ими искусственные аналоги ДНК с аналогичным расположением и зарядом поверхностных групп, уже сейчас можно использовать для разработки новых лекарственных препаратов, в которых эти молекулы будут выполнять роль ингибиторов реакций между ферментами и ДНК, просто встраиваясь на место нуклеиновой кислоты.

Изучение искусственных аналогов нуклеиновых кислот не ограничивается поиском веществ, которые по своим свойствам напоминают или повторяют природные соединения. Другое направление подобных исследований — расширение возможностей кодирования информации с помощью нуклеиновых кислот. Например, с помощью добавления в структуру ДНК третьей пары азотистых оснований ученым удалось закодировать аминокислоту, расширив таким образом природный генетический код. До этого та же группа ученых встроила третью пару оснований в ДНК бактерий и фактически создала первый полусинтетический живой организм

Александр Дубов