Анотація до роботи:

Репницька О.П. Структурні особливості нуклеїнових кислот з опромінених та пухлинних тканин. – 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.

Методами ІЧ-фур’є-спектроскопії поглинання та відбивання , SEIRA-спектроскопії та УФ-спектроскопії досліджено особливості в структурі нуклеїнових кислот, що виникають внаслідок дії іонізуючого опромінення, канцерогенних процесів та після застосування протипухлинних препаратів. Запропоновано нову методику підсиленого металевою поверхнею інфрачервоного поглинання для реєстрації ІЧ-спектрів нуклеїнових кислот, доведено високу чутливість даного методу, а також правомірність його використання для спектроскопічних досліджень біологічних об’єктів. Виявлено, що у випадку дії слабких доз іонізуючого опромінення (1-50 сГр) виникають пошкодження вторинної структури, що полягають у перерозподілі сітки водневих зв’язків, розупорядкуванні в структурі, ослабленні зв’язків та появі потенційних місць розривів, тоді як виплив сильних доз опромінення призводить до розривів цукрово-фосфатного остову та можливої зміни конформації окремих ділянок ДНК. Показано спектроскопічні прояви відмінностей в структурі РНК з пухлинних тканин різного ступеня злоякісності, а також в структурі ДНК з чутливих та резистентних штамів пухлин. Ґрунтуючись на спектральних особливостях, сформульовано ознаки структурних пошкоджень нуклеїнових кислот з пухлинних тканин. Досліджено вплив протипухлинних препаратів на структуру ДНК з різних штамів пухлинних тканин.

1. Методом інфрачервоної коливальної фур’є-спектроскопії виявлено ряд спектральних проявів структурних пошкоджень нуклеїнових кислот, що виникають у результаті дії радіаційного опромінення, канцерогенних процесів, а також при застосуванні протипухлинних препаратів.

2. Вперше застосовано методику підсиленого металевою поверхнею інфрачервоного поглинання для дослідження нуклеїнових кислот з пухлинних та опромінених тканин. Доведено високу чутливість даного методу, а також правомірність його використання для спектроскопічних досліджень біологічних об’єктів.

3. Виявлено, що в результаті дії на ДНК слабких доз (1-50 сГр) радіаційного опромінення виникають пошкодження її просторової структури. Вони полягають у перебудові сітки водневих зв’язків з можливою зміною типів спарювання основ, про що свідчить перерозподіл вкладів інтенсивностей смуг валентних коливань О-Н, N-H і C-H в області 2300-3800 см^-1 та С=О, С=N в області 1550-1800 см^-1. Можлива модифікація основ та цукрів, а також розриви проявляються у вигляді зростання інтенсивності С-Н валентних коливань. Низькочастотні зсуви та зменшення інтенсивностей смуг, зокрема РО₂^- близько 1239 см^-1, вказують на ослаблення зв’язків та появу потенційних місць розривів. Такі структурні пошкодження можуть призводити до локальних змін конформації молекули ДНК – розупорядкування просторової структури. Висновки корелюють з даними, отриманими з аналізу кривих плавлення ДНК з біологічно-активними нуклеозидами та результатами обробки ІЧ-фур’є-спектрів ДНК методом нейронних мереж.

4. Сильні одноразові дози (2-200 Гр) опромінення призводять до значних ушкоджень структури ДНК, таких як розриви цукрово-фосфатного остову, про що свідчить ослаблення та низькочастотний зсув смуги РО₂^- близько 1240 см^-1, виділення в окрему смугу коливання молекулярної групи С-О близько 1146 см^-1, а також зростання інтенсивності валентних коливань СН в області 2850-2950 см^-1, зокрема компоненти СН₂. Зміни у вторинній структурі полягають у порушенні сітки водневих зв’язків та спарювання основ, на що вказує перерозподіл інтенсивностей смуг С=О, С=N в області 1550-1800 см^-1 та валентних коливань ОН, NH в області 2300-3800 см^-1. Збільшення інтенсивності поглинання в області 1069 см^-1 та присутність в області поглинання цукрів маркерних смуг А, В, Z конформацій ДНК свідчить про розупорядкування в структурі та зміну конформації компонент ДНК.

5. Показано спектроскопічні прояви структурних особливостей РНК з пухлинних тканин різного ступеня злоякісності та визначено їх характер. Зміни в області поглинання фосфатів, а саме ослаблення (на 20-50%) і зсув (на 3-5 см^-1) смуги фосфату антисиметричного, перерозподіл внесків основних компонент фосфату симетричного та його уширення на 20-30%, а також поява нової смуги близько 1150 см^-1, яку відносимо до коливань С-О молекулярної групи, свідчать про можливість розривів цукрофосфатного остову. Поява маркерних смуг поглинання С₃-ендо та С₂-ендо конформацій цукрів разом з ослабленням коливань цукрів, збільшення кількості розділених смуг поглинання в усьому досліджуваному частотному інтервалі вказують на розупорядкування в структурі РНК.

15

6. штамів пухлин, що полягають у зменшенні, порівняно з контролем, інтегральної інтенсивності антисиметричних коливань РО₂^- в 1,2-1,3 рази для резистентного і в 1,5-2 рази для чутливого штаму пухлинних тканин. Поява маркерних смуг С₃-ендо та С₂-ендо конформацій цукрів разом із зростанням вкладу поглинання в області 1070 см^-1 свідчить про збільшення вкладу розупорядкування в структурі ДНК з пухлинних тканин, що сильніше проявляється для чутливого штаму пухлин. Структуру ДНК з резистентних пухлин можна охарактеризувати більшим рівнем впорядкування, вона є більш жорсткою і за спектральними ознаками є близькою до канонічної спіральної структури і менше змінюється під дією зовнішніх чинників. Структура ДНК з чутливих штамів пухлин є більш гнучкою, характеризується вищим рівнем розупорядкування та наявністю неканонічних конформаційних станів.

7. Застосування цис-платини до пухлинних тканин викликає менш яскраві зміни в ІЧ- спектрах ДНК, порівняно з дією доксорубіцину, що може бути пов’язане з частковою затримкою цис-платини плазматичними мембранами пухлинних клітин. Дія протипухлинних препаратів на чутливий штам пухлинних тканин викликає сильніші зміни спектральних параметрів ДНК, порівняно з резистентним. В ДНК з чутливих пухлин лікування призводить до стабілізації структури ДНК, що проявляється як в зменшення кількості розділених смуг поглинання, так і в перерозподілі їх інтенсивностей. У ДНК з резистентних пухлин навпаки, спостерігається зростання розупорядкування .

Публікації автора:

1. Круглова Е.Б., Довбешко Г.И., Крутько Н.А., Пащук Е.П., Карпенко Н.А., Алесина М.Ю., Красницкая А.А. Исследование структурных повреждений в молекулах ДНК из гамма-облученных крыс // Вісник Харківського університету. –1999. –№450. Біофізичний Вісник. –Вип.4(2). –С.92-95.

2. Dovbeshko Galina I., Gridina Nina Ya., Kruglova Elena B., Paschuk Olena P. FTIR spectroscopy studies of nucleic acid damage // Talanta. –2000. –Vol.53. –P.233-246.

3. Dovbeshko G.I., Kruglova E.B., Paschuk O.P., Alesina M., Karpenko N.Ya., Mysnyk A., Novoselets M. FTIR spectroscopy studies of DNA from low-dose irradiated tissue // Visnyk Kharkivskogo universytetu. –2000. –№497. Biophysical Bulletin. –Issue 2(7). –P.65-73.

4. Бережинський Л.Й., Довбешко Г.І., Сєкірін І.В., Пащук О.П. Можлива роль біфуркованих водневих зв’язків у формуванні низькочастотних спектрів амінокислот // Український Фізичний Журнал. –2001. –Т46, №5-6. –C.541-545.

5. Dovbeshko G.I., Chegel V.I., Gridina N.Y., Repnytska O.P., Sekirin I.V., Shirshov Y.M. Surface enhanced infrared absorption of nucleic acids on gold substrate in FTIR reflectance mode // Proceedings of SPIE, Ed. S. Sveshnikov, S. Kostyukevich. –2001. –V.4425. –P.158-162.

6. Dovbeshko G.I., Chegel V.I., Gridina N.Y., Repnytska O.P., Shirshov Y.M., Tryndiak V.P., Todor I.M. Surface enhanced infrared absorption of nucleic acids on gold substrate // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics, –2001. – V.4, №3. –P.202-206.

16

1. Berezetskya N.M., Dovbeshko G.I., Kruglova E.B., Paschuk O.P., Krasnitskaya А.А., Alesina M.Yu. FTIR-spectroscopic studies of weak gamma-irradiated DNA // Proc. International conf. on Spectroscopy of Molecules and Crystals. –Odessa. –1999. –P.135.

2. Dovbeshko G.I., Gridina N.Ya., Kruglova E.B., Paschuk O.P. FTIR spectroscopy studies of nucleic acid damages // Proc. International conf. “Colloquium Spectroscopicum Internationale ХХХІ”. –Ankara (Turkey). –1999. –P.139.

3. Dovbeshko G.I., Gridina N.Ya., Kruglova E.B., Paschuk O.P. Nucleic acid show a numerous conformational states in tumour and irradiated cells // Proc. International Conference on DNA conformation, Modification and Recognition in Biomedicine. –Brno (Czech Republic). –2000. –P.12.

4. Dovbeshko G.I., Gridina N.Ya., Paschuk O.P. FTIR spectroscopy studies of tumour nucleic acids // Proc. XXV European Congress on Molecular Spectroscopy. –Coimbra (Portugal). –2000. –P.324.

5. Пащук О.П., Довбешко Г.І., Тищенко О.М., Уманець Н.О. Радіаційні пошкодження в структурі ДНК з паростків пшениці // Праці міжнародної конференції “Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття”. –2000. –Киів. –C.104.

6. Dovbeshko G.I., Paschuk O.P., Gridina N.Ya., Kruglova E.B. Nucleic acid molecules show numerous conformational states in tumour and irradiated cells // Proc. International conf. “Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals”. –Alushta (Crimea). –2000. –P.27.

7. Repnytska O.P., Dovbeshko G.I., Tryndiak V.P., Todor I.M. Nucleic acid interaction with anti-cancer drugs // Proc. First Russian-Ukrainian-Polish Conference on Molecular Interactions, School of Physical Organic Chemistry. –Gdansk (Poland) –2001. –P. 206.

8. Dovbeshko G.I., Repnytska O.P., Tryndiak V.P., Todor I.M., Solyanik G.I. Spectroscopic studies of structural peculiarities of DNA and lipids from resistant and sensitive cancer tissues // Proc. XV International School-Seminar on Spectroscopy of Molecules and Crystals. –Chernihiv. –2001. –P. 199.

9. Dovbeshko G.I., Chegel V.I., Olenchuk M., Repnytska O.P., Sekirin I.V., Shyrshov Yu. Surface Enhanced Infra-red Absorption (SEIRA) of macromolecules on gold substrate: effect, mechanism and application // Proc. XV International School-Seminar on Spectroscopy of Molecules and Crystals. –Chernihiv. –2001. –P. 58.

10. Repnytska O.P. SEIRA Spectroscopy studies of nucleic acids from resistant and sensitive tumour cells // Proc. The First International Young Scientists Conference on Applied Physics. –Kyiv. –2001. –P.156.

11. Repnytska O.P., Dovbesko G.I., Tryndiak V.P., Todor I.M., Solyanik G.I. Surface enhanced infrared absorption (SEIRA) studies of nucleic acid from tumour cells // Proc. The First International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy ICAVS – 1. –Turka (Finland). –2001. –P.2.14.

12. Dovbesko G.I., Chegel V.I., Repnytska O.P., Shirshov Yu. Surface enhanced infra-red absorption (SEIRA) of macromolecules on gold substrate: effect, mechanism and application // Proc. The First International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy ICAVS – 1. –Turka (Finland). –2001. –P.18.217.

13. Dovbesko G.I., Repnytska O.P., Tryndiak V.P., Todor I.M., Solyanik G.I. Interaction of nucleic acids and lipids from tumour cells with anticancer drugs: SEIRA spectroscopy data //

17

Proc. NATO Advanced Research Workshop Autumn School, Frontiers in Molecular – scale science and technology of fullerene, nanotube, nanosilicon and biopolymer (DNA, Protein) multifunctional nanosystems. Kyiv: Institute of the Continue Education of Kiev National Taras Shevchenko University. –2001. –P.SC-RI.

14. Dovbeshko G.I., Repnytska O.P., Tryndiak V.P., Todor I.M. Nucleic acid H-bond transformation in tumour tissues and those after application of anti-cancer drags // Proc. XIVth Conference-Workshop “Horizons in Hydrogen-Bond Research”. –Italy (Torino). –2001. –P.MS5-P4.