Charakterizace aduktů platinových komplexů na DNA duplexech pomocí Ramanovy spektroskopie

Mgr. Vlastimil Mašek, Ph.D.

Disertační práce

Charakterization of adducts of platinum complexes on DNA duplexes by Raman spectroscopy

Anotace:

Bylo prokázáno, že DNA je cílovým místem působení cytostatik na bázi komplexů platiny. Mechanismus působení těchto látek spočívá v jejich schopnosti vytvářet s molekulou DNA různé typy koordinačních aduktů. Cisplatina vytváří koordinační vazby preferenčně s nukleofilními místy guaninových zbytků v DNA. Vzhledem k tomu, že cisplatina je bifunkčním činidlem, má schopnost vázat se k jednomu nebo ke dvěma místům v molekule dvoušroubovicové DNA. Výsledkem je tvorba monofonkčních aduktů, vnitrořetězcových a meziřetězcových příčných vazeb. Všechny tyto adukty různou měrou narušují lokálně konformaci DNA. Strukturní distorze způsobené těmito adukty se významně liší mírou narušení párování bazí, narušení vrstvení bází, ohybem dvoušroubovice DNA a ovlivnění konformace cukerného zbytku. V předkládané práci jsou uvedeny výsledky získané pomocí Ramanovy a diferenční Ramanovy spektroskopie na modelovém systému, tvořeném místně specifickými adukty cisplatiny (1,2-GG intrastrand, 1,3-GG-intrastrand a 1,2-GG interstrand cross-link), transplatiny (1,1-GC-interstrand cross-link) a chlorodiethylen triaminoplatnatého komplexu (monofunkční adukt) na krátkých syntetických DNA duplexech. Změny v Ramanových spektrech modelového systému, odehrávající se především v oblastech 650 cm-1 – 850 cm-1, 1150 cm-1 – 1450 cm-1 a 1450 cm-1 – 1750 cm-1, potvrzují, že místně specifické platinové adukty způsobují významné změny ve struktuře DNA. Ve všech modifikovaných DNA duplexech zůstává globálně zachována kanonická B-konformace DNA, nicméně změny v Ramanových markerech například při 683 cm-1, 792 cm-1 a 830 cm-1 dokazují částečné narušení B-konformace cukrfosfátové kostry DNA. Nejvýznamnější změny v diferenčním Ramanově spektru jsou spojeny s vytvořením vazby Pt-N7 dusík guaninového zbytku, lokálními denaturaceni a narušením vrstvení bazí v místě platinace. Vedle spektrálních změn guaninových markerů jsou patrné i strukturní změny bazí v těsném sousedství aduktu. Tyto změny korelují se strukturními distorzemi popsanými pro jednotlivé typy aduktů pomocí jiných metod (např. rentgenostrukturní analýza a NMR). Tato studie by měla tvořit základ pro další srovnávací studie s adukty, které tvoří tzv. „nekonvenční“ protinádorové sloučeniny na bázi kovů.

Abstract:

There is a large body of experimental evidence that DNA is the critical target for the cytostatic activity of platinum compounds and that the success of platinum complexes in killing tumor cells results from their ability to form on DNA various types of covalent adducts. Cisplatin forms covalent bonds preferentially with nucleophilic sites on guanine residues present in all DNA. As cisplatin is a bifunctional agent, it is able to bind to one or two sites in double-helical DNA. This results in the formation of monofunctional adducts, intra-/ and inter-/strand cross-links, which affects various cellular processes (transcription, replication, regulatory mechanisms). All these adducts distort locally the conformation of DNA to the different extent. There are important differences in terms of base pairing, base stacking, double helix bending and sugar puckering caused by these lesions. This work presents the results obtained by using Raman and difference Raman spectroscopy for a model system based on site specific adducts formed by cisplatin (1,2-GG intrastrand, 1,3-GG-intrastrand and 1,2-GG interstrand cross-link), transplatin (1,1-GC-interstrand cross-link) and chlorodiethylenetriamineplatinum(II) chloride (monofunctional adduct) on short synthetic oligonucleotides. Changes in the Raman spectra (located primarily in the regions 650-850 cm-1, 1200-1400 cm-1 and 1450-1700 cm-1) of model systems show that site specific Pt-DNA adducts induce significant alterations in the structure of DNA. Canonical B-conformation of all modified DNA duplexes is generally conserved, but changes of Raman markers at about 680 cm-1 , 805 cm-1 and 830 cm-1 indicate partial disordering of the B-DNA backbone. Most prominent features in difference Raman spectra (at 1487 cm-1 and 1579 cm-1) are associated with formation of Pt-N7 bond on guanine residue and local denaturation and unstacking in the site of platination. Besides spectral changes of guanine markers additional features related to structural changes of bases in the vicinity of adducts are evident. These features correlate with structural distortions described for individual types of adducts by other methods (x-ray, NMR). This study may constitute a base for further comparative Raman analysis of DNA adducts formed by “nonconventional” metal-based antitumor compounds.

Klíčová slova

protinádorové komplexy platiny, cisplatina, DNA, adukt, vnitrořetězcová příčná vazba, meziřetězcová příčná vazba, Ramanova spektroskopie, antitumor platinum complexes, cisplatin, adduct, intrastrand cross-link, interstrand cross-link, Raman spectroscopy

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 9. 2007

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 9. 2007
• Vedoucí: prof. RNDr. Viktor Brabec, DrSc.
• Oponent: prof. RNDr. Pavel Anzenbacher, DrSc., doc. RNDr. Peter Mojzeš, CSc.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Fyzika / Biofyzika