МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, том 43, № 2, с. 327-338
К ЮБИЛЕЮ ИНСТИТУТА МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ
УДК 577.113+547.963.32
ДИСАХАРИДНЫЕ НУКЛЕОЗИДЫ - ВАЖНАЯ ГРУППА ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
© 2009 г. Е. В. Ефимцева, И. В. Куликова, С. Н. Михайлов*
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской академии наук, Москва, 119991
Поступила в редакцию и принята к печати 09.09.2008 г.
Обзор посвящен рассмотрению структурных особенностей важной группы природных соединений -дисахаридных нуклеозидов. Суммированы работы авторов, посвященные получению этих соединений, изучению свойств модифицированных олигонуклеотидов на их основе и введению реакционно-способных групп. Приведены примеры использования синтезированных соединений для изучения ферментов метаболизма нуклеиновых кислот.
Ключевые слова: дисахаридные нуклеозиды, олигонуклеотиды, структура, физико-химические и биологические свойства, аффинная модификация, ферменты биосинтеза нуклеиновых кислот.
DISACCHARIDE NUCLEOSIDES, AN IMPORTANT GROUP OF NATURAL COMPOUNDS, by E. V. Efimtseva, I. V. Kulikova, S. N. Mikhailov* (Enhelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119991 Russia; *e-mail: smikh@eimb.ru). Main structural features of important group of natural compounds disaccharide nucleosides are reviewed. The preparation and properties of modified oligonucleotides on their basis and incorporation of reactive groups are summarized. Several examples of the use of the obtained compounds for investigation of enzymes of nucleic acids methabolism are given.
Key words: disaccharide nucleosides, structure, physicochemical, biological properties, oligonucleotides.
ВВЕДЕНИЕ
Дисахаридные нуклеозиды - важная группа природных соединений. К настоящему времени из различных источников выделено более ста дисахаридных нуклеозидов и их производных [1]. Они обладают широким спектром биологической активности, проявляя антибактериальные, противогрибковые, гербицидные, инсектицидные, противоопухолевые и антивирусные свойства. В этих соединениях имеется дополнительный моносахаридный остаток, присоединенный к одной из гидроксильных групп нуклеозида О-гликозидной связью. Наличие дисахаридного остатка и гетероциклического основания определяет свойства соединений, родственные свойствам углеводов и нуклеозидов. Дисахаридные нуклеозиды являются структурными элементами биополимеров, таких как тРНК и по-ли(АОР-рибоза). В настоящем обзоре рассмотрены структурные особенности дисахаридных нуклеозидов. Также обобщены работы авторов по получе-
Принятые сокращения: ОН - олигонуклеотиды; Arp -2'-0-р-0-рибофуранозиладенозин 5''-фосфат; Grp - 2'-o-p-D-рибофуранозилгуанозин 5''-фосфат; mJA - 1-метиладенозин; ПАРП - поли(АДР-рибоза)полимераза; КССВ - константа спин-спинового взаимодействия.
* Эл. почта: smikh@eimb.ru
нию дисахаридных нуклеозидов и олигонуклеотидов (ОН) на их основе и изучению их физико-химических и субстратных свойств.
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ДИСАХАРИДНЫХ НУКЛЕОЗИДОВ
В соответствии со своей структурой природные дисахаридные нуклеозиды можно разделить на три основные группы: дисахаридные нуклеозиды, содержащие два гексапиранозильных фрагмента; рибо-фуранозилнуклеозиды, имеющие дополнительный гексапиранозильный остаток; рибофуранозилнук-леозиды, имеющие дополнительный пентафурано-зильный остаток. В первые две группы входят низкомолекулярные нуклеозидные антибиотики, а ри-бофуранозилнуклеозиды являются структурными элементами биополимеров.
Структура нуклеозидных антибиотиков весьма разнообразна [1-5], а ее установление - довольно сложная процедура. В этих соединениях наряду с гетероциклическим основанием и моносахаридными остатками могут присутствовать различные заместители, такие как фосфатные, сульфатные, ациль-ные, алкильные и другие группы, остатки аминокислот, пептидов, жирных кислот. Сочетание раз-
Рис. 1. Структура нуклеозидных антибиотиков, содержащих два гексапиранозильных фрагмента.
личных химических реакций (деградация с помощью кислотного и щелочного гидролиза, ме-танолиза, периодатное окисление с последующим восстановлением боргидридом) позволяет получить фрагменты, структуру которых изучают с использованием физико-химических методов. В настоящее время для установления структуры сложных антибиотиков в основном применяется ЯМР-спектроскопия и масс-спектрометрия.
Выделенный в начале 50-х гг. из микроорганизмов вида 81гер1отусез амицетин - первый дисахарид-ный нуклеозидный антибиотик (рис. 1). Структура амицетина и конфигурация аномерных связей установлены только в 60-ые годы. В это же время выделены и охарактеризованы близкие антибиотики: бамицетин, пликацетин, оксамицетин, цитозамино-мицины и др. [4, 5]. Характерной особенностью антибиотиков группы амицетина является наличие 1—^4 а-гликозидной связи между углеводными остатками. Антибиотики группы амицетина инги-бируют бактериальную пептидилтрансферазу и проявляют активность против грамположительных и грамотрицательных бактерий. Также к этой группе можно отнести такие антибиотики, как дапира-мицины и антелмицин (рис. 1). Антелмицин обладает антипаразитарной и фунгицидной активностью и является ингибитором прокариотической и эукари-отической пептидилтрансфераз.
Из различных природных источников выделен ряд биологически активных производных - О-гекса-пиранозилрибонуклеозидов, имеющих а-гликозид-ную связь между глюкопиранозным и рибофураноз-ным остатками (соединения, относящиеся ко второй группе предложенной классификации). Производные аденозина, аденофостины А и В (рис. 2), являются сильными агонистами рецепторов инозитол трифосфата - соединения, играющего важную роль в процессе высвобождения ионов Са+2 [6].
Нейроактивное соединение HF-7 выделено из яда паука Hololena curta, позднее осуществлен его химический синтез (рис. 2) [7]. Это соединение, являющееся анионным нуклеозидом и также относящееся ко второй группе классификации, имеет в-конфигура-цию гликозидной связи и, подобно аденофостинам, влияет на внутриклеточную концентрацию ионов Ca+2 в нервных тканях. Недавно с помощью нового метода, основанного на ЯМР-спектроскопическом анализе, в яде паука Tegenaria agrestis, не подвергавшемся очистке и разделению, удалось обнаружить семейство необычных сульфатированных производных нуклеозидов. Эти соединения представляют собой сульфатированные ди- и трисахаридные ри-бонуклеозиды - производные гуанозина. При дальнейшем исследовании сульфатированные нуклео-зиды обнаружены в 12 из 70 исследованных образцов ядов различных пауков [8].
Дисахаридные нуклеозиды могут образовываться в процессе метаболизма нуклеозидов. Например, показано, что при выращивании в среде, содержащей лактозу и нуклеозид, в культуральной жидкости Sporobolomyces singularis с высоким выходом образуются Э'-О-в-Б-галактопиранозилнуклеозиды [9]. Дисахаридные нуклеозиды также выделены из растений. В ростках петуньи, выращенных в присутствии К6-бензиладенина, образуется Э'-О-в-Б-глю-копиранозил-К6-бензиладенозин [10]. Эти производные относятся ко второй группе классификации.
Образование глюкуронидов - основной путь инактивации токсинов у позвоночных. Этот процесс катализируется семейством UDP-глюкуронозил-транфераз и представляет собой реакцию ковалент-ного присоединения эндо- и ксенобиотиков к глюку-роновой кислоте с образованием неактивных водорастворимых глюкуронидов. Противовирусный препарат зидовудин (Э'-азидо-Э'-дезокситимидин) имеет три основных метаболических пути. Чтобы проявилась антивирусная активность, зидовудин должен подвергнуться фосфорилированию. Однако на практике обнаружено, что подобному превращению подвергается менее 1% препарата. Зидовудин может также восстанавливаться до Э'-амино-Э'-дез-окситимидина. Основным же путем метаболизма является образование 5'-О-глюкуронидов Э'-азидо-2',Э'-дидезокситимидина (рис. 2), который выделяется с мочой [11, 12]. В желчи крыс обнаружен 5'-О-глюку-ронид карбоциклического 2',Э'-дидегидро-2',Э'-дидез-оксигуанозина (рис. 2) [1Э]. Капецитабин (Xeloda; CAP) - новый противоопухолевый препарат на основе 5-фторурацила. Активация капецитабина происходит в три этапа, включающих последовательное образование 5'-дезокси-5-фторцитидина и 5'-дез-окси-5-фторуридина, а затем, преимущественно в опухолевых тканях, 5-фторурацила. Структура метаболита капецитабина - 2'-О-глюкуронид 5-фтор-5'-дезоксицитидина (рис. 2) - установлена при помощи ЯМР-спектроскопии и ферментативного гидролиза P-D-глюкуронидазой [14].
Относящиеся к третьей группе дисахаридные нуклеозиды, в которых два рибофуранозных остатка связаны О-гликозидной связью, обнаружены в составе тРНК и поли(АБР-рибозы). Как известно, в состав нуклеиновых кислот входят не только 8 основных рибо- и 2'-дезоксирибонуклеозидов, но и большое количество их производных, минорных нуклеозидов. К настоящему времени выделены и охарактеризованы более ста модифицированных нуклеозидов, встречающихся в различных типах РНК (главным образом, в тРНК). Агр и Сгр (рис. 3)
выделены из инициаторных тРНК (т-РН К ^ет) клеток низших эукариот и некоторых растительных источников [15-17]. Данные минорные нуклеозиды
находятся в основании Т-петли тРН К ^ет и занимают положение 64 в первичной структуре. В образовании межнуклеотидных связей участвуют 3' и 5'-гидроксильные группы нуклеозидного остатка.
Рентгеноструктурный анализ показал, что объемный 5''-фосфорибофуранозный гидрофильный остаток Агр занимает строго определенное место в малой бороздке на поверхности молекулы в структуре тРН КМе [18]. Дополнительный фосфатный остаток участвует в образовании водородной связи с 2-аминогруппой соседнего остатка гуанозина. Предполагается, что наличие такой модификации нуклеозида 64 играет определенную роль в дискриминации процессов инициации/элонгации белкового синтеза. Селективное удаление дополнительного
5''-фосфорибофуранозного остатка из тРН К^ в результате гидролиза О-гликозидной связи приводило к тому, что тРНК начинала функционировать как элонгаторная, но с меньшей эффективностью по сравнению с нативной тРНКМе1 [16].
Механизм образования Агр и Сгр в состав
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.