بررسی تمایل اتصال داروهای ضد سرطان اکتینومایسین D و میتوزانترون به کروماتین کبد موش صحرایی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه تهران، گروه بیوشیمی

2 استادیار، دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، گروه مهندسی علوم زیستی

چکیده

اکتینومایسین D و میتوزانترون داروهای ضد سرطانی هستند که در درمان طیف وسیعی ازسرطانها کاربرد دارند. DNAبه عنوان یکی از اهداف اصلی این داروها معرفی شده که نتیجه این اتصال، مهار همانندسازی DNAو رونویسی RNAمی باشد. در هسته سلول‌های یوکاریوتی، DNAبصورت برهنه نبوده و همراه با پروتئین‌های هیستونی ساختار فشرده کروماتین را تشکیل می‌دهد، در این تحقیق تأثیر دو داروی میتوزانترون و اکتینومایسین Dبرروی کروماتین استخراج شده از کبد موش صحرایی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از ژل الکتروفورز و مطالعات اسپکتروسکوپی  UV-Visنشان‌دهنده اتصال دو داروی فوق با کروماتین اما اتصال قویتر برای میتوزانترون می‌باشد. حذف باندهای مربوط به پروتئین‌های هیستونی در مقایسه با نمونه‌های کنترل در ژل الکتروفورز و کاهش جذب در طول موج‌های 608 و440 نانومتر که به ترتیب مربوط به طول موج های شاخص داروی میتوزانترون و اکتینومایسین Dهستند حاکی از فشردگی و ترسیب کروماتین پس از اتصال با داروهای فوق‌الذکر است. منحنی‌های اسکاچارد و r نسبت بهCf نشان‌دهنده اتصال هر دو دارو بصورت تعاونی مثبت به کروماتین بوده و مقادیر ثابت اتصال (Ka) محاسبه شده برای میتوزانترون M-1 106 × 1/7 و برای اکتینومایسین D 105 × 35/0 حاکی از اتصال داروی میتوزانترون با تمایل بیشتر به کروماتین می باشد. به علاوه منفی بودن مقادیر انرژی آزاد محاسبه شده برای اتصال هردو دارو به کروماتین نشان دهنده انجام هر دو واکنش اتصال بصورت خود به خودی می باشد.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Survey of the binding affinities of anticancer drugs, mitoxantrone and actinomycin D, on rat liver chromatin

نویسندگان [English]

  • zahra Hajihassan 1
  • Azra Rabbani-Chadegani 2

چکیده [English]

Actinomycin D and mitoxantrone are anticancer drugs widely used in the treatment of a variety of cancers. DNA has been introduced as a main target for these drugs which results in inhibition of both DNA replication and RNA transcription. In the cell nucleus, DNA is not naked but is complexed with histone proteins producing a compact structure called chromatin. In the present study we have investigated and compared the binding affinity of these drugs to rat liver chromatin. The results of gel electrophoresis and UV-Vis spectroscopy showed that both drugs bound to chromatin but mitoxantrone exhibited higher affinity compared to actinomycin D. Disappearance of histones on the gel and reduction of the absorbencies at 608 and 440 nm, corresponding mitoxantrone and actinomycin D respectively, suggest compaction/aggregation of the chromatin. The binding isotherms demonstrated a positive cooperative binding pattern for both drugs with binding constants (ka) of 7.1×106 M-1 and 0.35×105 M-1 for mitoxantrone and actinomycin D respectively suggesting higher binding affinity of mitoxantrone to chromatin compared to actinomycin D. In addition Gibbs free energy for the binding of both drugs was negative demonstrating that the reaction is spontaneously. It is concluded that actinomycin D preferentially interacts with DNA molecule, whereas, mitoxantrone binds to nucleoprotein structure of chromatin implying the role of histone proteins in this binding process.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Actinomycin D
  • Chromatin
  • Mitoxantrone
  • anticancer drugs
Agarwal S., Jangir D.K., Mehrotra R. (2013) Spectroscopic studies of the effect of anticancer drug mitoxantrone interaction with calf thymus DNA. J. Photochem. Photobiol. B. 120: 177-182.

Aivasashvilli V.A. and Beabealashvilli, R.S. (1983) Sequence-specific inhibition of RNA elongation by actinomycin D. FEBS Lett., 160: 124–128.

Bradbury E.M., Van Hold K. (2004) Chromatin structure and dynamics: a historical perspective. New Compr Biochem. 39:1-11

Burgoyne L.A., Wagar M.A., Atkinson M.R. (1970) Calcium-dependent priming of DNA synthesis in isolated rat liver nuclei. Biochem. Biophys. Res. Commun., 39: 254-259.

Cacchione S., Caneva R., Savino M. (1986) Selective binding of actinomycin D induces a reversible conformational transition of nucleosomes. Biochim. Biophys. Acta, 867(4): 229-33.

Cesconetto E.C., Junior F.C., Crisafuli F.A., Mesquita O.N., Ramos E.B., Rocha, M.S. (2013) Dna interaction with actinomycin D: mechanical measurements reveal the details of the binding data. Phy. Chem. Che. Pys. 15: 11070-11077.

Chan A., Lo-Coco F. (2013) Mitoxantrone-related acute leukemia in MS: an open or closed book. Neurology 80: 1529-1533.

Faulds D., Balfour J.A., Chrisp P., Langtry H.D. (1991) Mitoxantrone. A review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties and therapeutic potential in the chemotherapy of cancer. Drugs., 41(3): 400-49.

Freifelder D.M. (1982) Physical Biochemistry. 2nd edition., chapter 15,.W.H. Freeman,Inc. pp 537-572., NewYork.

Hajihassan Z., Rabbani-Chadegani A. (2009) Studies on the binding affinity of anticancer drug mitoxantrone to chromatin, DNA and histone proteins. J. Biomed. Sci. 16(1): 31.

Hajihassan Z., Rabbani-Chadegani A. (2011) Interaction of mitoxantrone as an anticancer drug with chromatin proteins, Core hitone and H1 in solution. Int. J. Biol. Macromol. 48: 87-92.

Koba M., Konopa J. (2005) Actinomycin D and its mechanisms of action. Postepy Hig. Med. Dosw. 59: 290-298.

Laemmli U.K. (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature., 227: 680-685.

Lewis J.L. (1972) Chemotherapy of gestational choriocarcinoma, Cancer. 30: 1517–1521.

Li N., Ma Y., Yang C., Guo L., Yang X. (2005) Interaction of anticancer drug mitoxantrone with DNA analyzed by electrochemical and spectroscopic methods. Biophys. Chem. 116: 199-205.

Liu X., Chen H., Patel D.J. (1991) Solution structure of actinomycin-DNA complexes: drug intercalation at isolated G-C sites. J. Biomol. NMR. 1(4): 323-47.

Lown J.W., Morgen A.R., Yen S.F., Wang Y.H. and Wilson D.W. (1985) Characteristics of the binding of the anticancer agent's mitoxantrone and ametantrone and related structures to deoxyribonucleic acids. Biochemistry., 24: 4028-4035.

Nishio A., Uveki E.M. (1983) Cellular uptake and inhibition of DNA synthesis by dihydroxy anthraquinone and two analogues. Cancer.Res., 43(5): 1951-1956.

Ory S., Debouverie M., Le Page E., Pelletier J., Malikova I., Gout O., Edan G. (2008) Use of mitoxantrone in early Multiple Sclerosis with malignant disease course. Observational study in 30 patients with clinical and MRI outcomes after one year. Rev.Neurol (Paris)., 164(12): 1028-1034.

Rabbani A., Iskander M., Ausio J. (1999) Daunomycin-induced unfolding and aggregation of chromatin. J. Biol. Chem., 274: 18401-18406.

Rabbani-Chadegani A., Keyvani-Ghamsari S. and Zarkar N. (2011) Spectroscopic studies of dactinomycin and vinorelbine binding to deoxyribonucleic acid and chromatin. Spectrochimica. Acta .Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy., 84(1): 62-67.

Rapkin L.M., Anchel D.R., Li R., Bazell-Jones D.P. (2012) A view of the chromatin landscape. Micron 43: 150-158.

Rosenberg L.S., Carvlin M.J., Krugh T.R. (1986) The antitumor agent mitoxantrone binds cooperatively to DNA: Evidence for heterogeneity in DNA conformation. Biochemistry., 25: 1002-1008.

Scatchard G. (1949) The attraction of proteins for small molecules and ions. Ann.N.Y.Acad.Sci., 51: 660-672.

Scott L.J., Figgitt D.P. (2004) Mitoxantrone: a review of its use in multiple sclerosis. CNS Drugs 18: 379-396.

Sha F., Chen F.M. (2000) Actinomycin D Binds Strongly to d (CGACGACG) and d(CGTCGTCG).  Biophys. J. 79(4): 2095-2104.

Snyder J.G., Hartman N.G., D'Estantoit B.L., Kennard O., Remeta D.P., Breslauer K.J. (1989) Binding of actinomycin D to DNA: evidence for a nonclassical high-affinity binding mode that does not require GpC sites. Proc. Natl. Acad .Sci. U S A., 86(11): 3968-72.