Анотація до роботи:

Євстигнєєв М.П. Фізичні механізми асоціації біологічно активних ароматичних молекул та їхнього конкурентного зв’язування з ДНК. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. – Харківський національний університет ім. В.Н.Каразіна, м.Харків, 2002.

З метою встановлення молекулярних механізмів спільного зв'язування біологично активних ароматичних лігандів з ДНК запропоновано методику аналізу богатокомпонентної рівноваги у розчині, включаючого процесі само- та гетероасоціації ароматичних молекул та їхнього комплексоутворення з ДНК. Розроблено моделі гетероасоціації ароматичних молекул і комплексоутворення з ДНК у водному розчині для інтерпретації даних ЯМР спектроскопії. Засобом одновимірної і двовимірної гомоядерної ¹H ЯМР спектроскопії (500 МГц) досліджено самоасоціацію антибіотика новатрона і гетероасоціацію акридинових (профлавін і акридиновий оранжевий) і фенантридінових (бромістий етідій і йодистий пропидій) барвників з антрацикліновим антибіотиком дауноміцином. Визначено рівноважні константи і термодинамічні параметри реакцій асоціації взаємодіючих молекул, побудовано просторові структури 1:1 комплексів. Сформульовано загальні закономірності процесів асоціації ароматичних молекул у змішаному розчині з ДНК.

1. Розроблено статистико-термодинамічні моделі молекулярної гетероасоціації біологічно активних ароматичних сполук, в яких відсутні обмеження на розміри агрегатів і рівноважні константи самоасоціації, що дозволяє проводити коректний аналіз процесів гетероасоціації молекул засобом ЯМР.

2. Вперше запропоновано методику термодинамічного аналізу реакцій гетероасоціації ароматичних молекул у водному розчині засобом ЯМР.

3. Розроблено загальний алгоритм проведення обчислювального експерименту при аналізі взаємодії біологічно активних молекул у водному розчині засобом ЯМР, який може бути застосований для вивчення процесів самоасоціації, гетероасоціації і комплексоутворення з ДНК.

4. Проведено порівняльний аналіз запропонованих моделей гетероасоціації молекул на прикладі гетероасоціації акридинового барвника профлавіна і фенантридінового барвника бромістого етідія у водному розчині. Встановлено межі придатності моделей асоціації молекул.

5. Вивчено самоасоціацію антибіотика новатрона у водно-сольовому розчині засобами одномірної і двомірної ¹Н ЯМР спектроскопії (500 МГц). Визначена рівноважна константа самоасоціації молекул новатрона у водному розчині, K=27300±8500 л/моль при Т=298К, параметр кооперативности s = 0.98±0.04 і значення термодинамічних параметрів агрегації антибіотика: DH = -(31.1±2.4) кДж/моль, DS = -(18±5) Дж/(мольК). Вперше побудовано найбільш імовірну структуру димера 1:1 комплексу молекул NOV у водному розчині, яка знаходиться у добрій згоді з експериментальними даними.

6. Встановлено, що 1:1 димер молекул новатрона наряду зі стекинг-взаємодією хромофорів додатково стабілізован H-зв’язками між аміногрупами NH5/NH8 бічних ланцюгів і гидроксильними групами OH1/OH4 хромофора NOV.

7. Вперше вивчено гетероасоціацію типових мутагенів–акридинових (профлавін і акридиновий оранжевий) і фенантридінових (бромістий етідій і йодистий пропидій) барвників з антрацикліновим антибіотиком дауноміцином у водному розчині. Отримано чисельні значення рівноважних констант, граничних хімічних зсувів і термодинамічних параметрів гетероасоціації означених молекул. Для всіх вивчених систем побудовано найбільш імовірні просторові структури 1:1 гетерокомплексів у водному розчині.

8. Показано принципову можливість додаткової стабілізації 1:1 гетерокомплекса ароматичних молекул у водному розчині міжмолекулярним водневим зв'язком. Встановлено, що в 1:1 гетерокомплексах PF-DAU, EB-DAU і PI-DAU утворюється водневий зв'язок між аміногрупами хромофора барвника і 9-MeCO групою DAU.

9. Сформульовано закономірності процесів само- і гетероасоціації ароматичних молекул, які пов’язані з кількісними характеристиками рівноважних констант, граничних хімічних зсувів молекул в асоціатах і характером фізичних взаємодій при утворенні молекулярних комплексів. Запропоновано методику якісної інтерпретації процесів гетероасоціації ароматичних біологічно активних молекул на основі порівняльного аналізу термодинамічних параметрів реакцій асоціації взаємодіючих молекул.

10. Проведено якісний і кількісний аналіз зв'язування мутагенів – профлавіна, бромістого етидія і йодистого пропидія – та антибіотика дауноміцина з дезокситетрануклеотидом d(TpGpCpA) у змішаному розчині. Запропоновано молекулярний механізм спільної дії біологічно активних ароматичних сполук на ДНК, що визначається двома процесами: гетероасоціацією інтеркалюючих лігандів і конкуренцією лігандів за місця посадки на олігонуклеотидній послідовності.

Публікації автора:

1. Davies D.B., Veselkov D.A., Kodintsev V.V., Evstigneev M.P., Veselkov A.N. ¹H NMR investigation of the hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution: factors involved in the stabilization of complexes of daunomycin and acridine drugs // Molecular Phys. - 2000. - V.98, №23 - P.1961-1971.

2. Веселков Д.А., Евстигнеев М.П., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. Статистико-термодинамическая модель гетероассоциации ароматических молекул в водном растворе на основе данных ¹H-ЯМР-спектроскопии // Вісн. Харк. ун-ту. - 2000. - №488. Біофізичний вісн. Вип.6. - С.19-25.

3. Veselkov A.N., Evstigneev M.P., Veselkov D.A., Davies D.B. A generalized NMR-derived statistical-thermodynamical model of hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution // J.Chem.Phys. - 2001. - V.115, №5. - P.2252-2266.

4. Veselkov A.N., Evstigneev M.P., Veselkov D.A., Djimant L.N., Davies D.B. Hetero-association of aromatic drug and mutagen molecules and their competitive binding with a DNA oligomer // Вісн. Харк. ун-ту. - 2001. - №525. Біофізичний вісн. Вип.1. - С.18-26.

5. Davies D.B., Veselkov D.A., Evstigneev M.P., Veselkov A.N. Self-association of the antitumour agent novatrone (mitoxantrone) and its hetero-association with caffeine // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. - 2001. - P.61-67.

6. Веселков Д.А., Евстигнеев М.П., Дымант Л.Н., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. Структурный и термодинамический анализ самоассоциации антибиотика митоксантрона (новатрона) в водном растворе методом ¹H-ЯМР-спектроскопии // Хим.физика. - 2001. - Т.20, №4. - С.27-32.

7. Веселков Д.А., Евстигнеев М.П., Кодинцев В.В., Дымант Л.Н., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. Исследование гетероассоциации молекул дауномицина и бромистого этидия в водном растворе методом ¹H ЯМР-спектроскопии // Физ.химия. - 2001. - Т.75, №5. - С.879-884.

8. Евстигнеев М.П., Веселков Д.А., Дымант Л.Н., Дэвис Д.Б., Веселков А.Н. ¹H ЯМР анализ гетероассоциации кофеина с антибиотиком митоксантроном в водном растворе // Журн.структ.химии. - 2001. - Т.42, №5.- С.928-935.

9. Veselkov D.A., Kodintsev V.V., Djimant L.N., Evstigneev M.P., Davies D.B., Veselkov A.N. Influence of caffeine on the binding of antibiotics actinomycin D and daunomycin with DNA in aqueous solution // Proc. 14-th International School-seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”. - Odessa (Ukraine). - 1999. - P.62.

10. Davies D.B., Veselkov D.A., Kodintsev V.V., Evstigneev M.P., Veselkov A.N. ¹H NMR study of hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution: drug-mutagen complex formation // Proc. International conference “Theoretical physics and biology TPB-99”. - Kiev (Ukraine). - 1999. - P.38

11. Veselkov D.A., Kodintsev V.V., Evstigneev M.P., Sigaev V.A., Vysotsky S.A., Davies D.B., Veselkov A.N. NMR analysis of the hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution: formation of drug-mutagen complexes // Book of abstracts. 15-th European experimental NMR conference (EENC 2000). - Leipzig (Germany). - 2000. - P.106.

12. Evstigneev M.P., Veselkov D.A., Kodintsev V.V., Veselkov A.N. A NMR-derived model of mixed association of aromatic molecules in aqueous solution // Proc. 2-nd International Smacula Symposium. - Ternopol (Ukraine). - 2000. - P.243-245.

13. Evstigneev M.P., Sigaev V.A., Veselkov D.A., Davies D.B., Veselkov A.N. NMR analysis of the hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution: factors involved in the stabilization of complexes of daunomycin and mutagens // Proc. 15-th International School-seminar “Spectroscopy of molecules and crystals”. - Chernihiv (Ukraine). - 2001. - P.144.

14. Veselkov A.N., Evstigneev M.P., Veselkov D.A., Davies D.B. A general NMR analysis of hetero-association of aromatic molecules in aqueous solution // Book of abstracts. 15-th International NMR conference. - Durham(UK). - 2001. - P.8.18.