بررسی تمایل اتصال داروی ضد سرطان وینکریستین به پروتئین های هیستونی کروماتین با استفاده از روشهای اسپکتروسکوپی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه بیوشیمی، مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک ، دانشگاه تهران ، تهران ، ایران.

2 گروه زیست شناسی، واحد تهران مرکزی ، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران ، ایران.

چکیده

وینکریستین  داروی ضد سرطانی از خانواده وینکاالکالوئید ها است که در درمان بسیاری از سرطان ها کاربرد دارد.  کروماتین از واحد های نوکلئوزومی که ترکیبی از DNA و پروتئین های هیستونی است تشکیل یافته است.  مطالعات قبلی نشان داده است که وینکریستین تمایل اتصال قوی به ترکیب نوکلئوپروتئینی کروماتین دارد تا DNA که نقش پروتئین های هیستونی را در این فرآیند روشن میسازد. لذا در این تحقیق تاثیر داروی وینکریستین بر پروتئین های هیستونی کروماتین در محلول با استفاده از روشهای مختلف اسپکتروسکوپی مورد مطالعه قرار گرفت. . نتایج نشان داد که اتصال دارو به کروماتین  موجب خاموشی کروموفور های مربوط به آمینواسیدهای حلقوی  هیستون ها میشود. اتصال دارو به هیستون های H1  بسیار قویتر از اتصال آن به هیستون های Core بوده بطوریکه ثابت اشترن ولمر و EC50  نیز آنرا تائید مینماید  طیف CD هیستون H1 دارای یک پیک منفی در طول موج 198 نانومتر بوده که مربوط به پیچه های نامنظم در ساختار پروتئین است. طیف هیستون Core دارای پیک منفی در طول موج های 208 و 222 نانومتر می باشد که مربوط به مارپیچ های آلفا در ساختار پروتئین ها است که با افزایش غلظت دارو به شدت پیک منفی در هیستون H1 و  Core  اضافه می شود. همچنین  کاهش جذب در طول موج 210 نانومتر در هیستون H1 به صورت الگوی وابسته به غلظت می باشد. نتایج حاکی از اتصال قوی تر داروی وینکریستین به هیستون H1 نسبت به Core  است که میتواند بدلیل اینکه در بخش رابط قرار دارد بیشتر در دسترس باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of the binding affinity of anticancer drug, vincristine, to chromatin histone proteins by using spectroscopic methods

نویسندگان [English]

  • ozra rabani chadegani 1
  • Azadeh Mohammadgholi 2

1 Department of Biochemistry, Institite of Biochemistry and Biophysics, University of Tehran,

2 Department of Biology, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

 Vincristine is the most effective anticancer drug, widely used in the treatment of various cancers. Chromatin is composed of nucleosome units consisted of DNA and histone proteins. In the present study, for the first time the interaction of anticancer drug vincristine with histone H1 and core histone proteins in solution was investigated using fluorescence, UV and CD spectroscopy techniques. The results showed that in the presence of vincristine, fluorescence emission intensities were reduced in a dose dependent manner, representing quenching of the drug with aromatic residues located in the globular head domain of histone proteins. Stern-Volmer constant and binding affinity of the drug to histone H1 was higher than core histone proteins. The binding of vincristine to histones induced structural changes in circular dichroism spectra revealing increase of α-helix content of the histones. Moreover, vincristine increased UV absorbance of H1 and core histones at 210 nm (hyperchromicity). In conclusion it is suggested that vincristine, by its domains, can penetrate into globular head domain of histones. Also the binding affinity of vincristine to histone H1 is higher than to core histones, possibly because H1 is located in linker region which is more exposed and accessible to environment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chromatin
  • Histone H1
  • Core histones
  • Vincristine
  • Spectroscopy

Bradbury, E.M; Cary, P.D., Chapman, G.E., Crane-Robinson, C., Danby, S.E., Boublik, M., Palau, J., Aviles, F. (1975). Histone Nomenclature, The structure and function of Chromatin. Eur. J. Biochem. 52: 605–613.

Bradbury, E.M., Van Holde, K.E. Zlatanova, J., Leuba, S.H. (2004). Chromatin Structure and Dynamics: A Historical Perspective in Chromatin Structure and Dynamics. New Compart Biochem. 39: 1-11.

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

 

Chaires, J.B., Dattagupta, N., Crothey, D.N. (1983). Binding of daunomycin to calf thymus nucleosomes. Biochemistry 22: 284-292.

Chen, WH., Qin, Y., Cai, Z., Chan, CL., Luo, GA., Jiang, ZH. (2005). Spectrometric studies of cytotoxic protoberberine alkaloids binding to double stranded DNA, Bioorg. Med. Chem. 13: 1859–1866.

Clark, D.J., Hill, C.S., Martin, S.R., Thomas, J.O. (1988). Alpha- helix in carboxy-terminal domais    of histones H1 and H5. EMBO J.7: 69–75.

Cowgill, R.W., Chen, R.F., Edelhoch, H. (1976). Tyrosyl Fluorescence in Biochemical Fluorescence Concepts, Marcel Dekker Inc. 2: 441–486.

Dumontet, C., Jordan, MA. (2010). Microtubule-binding agents: a dynamic field of cancer therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 9: 790-803.

Cutter, A.R. and Hayes, JJ. (2017). Linker histones: novel insights into structure-specific recognition of the nucleosome. Biochem Cell Biol.  95(2): 171-178.

Gentili, P.L., Ortica, F., Favaro, G. (2008). Static and dynamic interaction of a naturally occurring photochromic molecule with bovine serum albumin studied by UV-visible absorption and fluorescence spectroscopy. J Phys Chem B. 112: 16793–16801.

Gupta, S.P, Pandav, K., Pandya, P., Kumar, G.S, Barthwal, R. and Kumar, S. (2011). Methylene linker assisted DNA binding of Vinblastine and simpler analogs: Purine-pyrimidine specificity of indole derivatives. Chem. Biol. Interface. 1: 297–309.

Hajihassan, Z., Rabbani-Chadegani, A. (2011). Interaction of mitoxantrone, as an anticancer drug, with chromatin proteins, core histones and H1, in solution. International Journal of Biological Macromolecules. 48: 87–92.

Isenberg, I. (1979). Histones. Ann. Rev. Biochem. 48: 159–191.

Jordano, J., Barbero, J.L., Montero, F., Franco, L. (1983). Fluorescence of histones H1. A tyrosinate-like fluorescence emission in Ceratitis capitata H1 at neutral pH values. J. Biol. Chem. 258: 315–320.

Jutras, G., Belanger, K., Letarte, N., Adam, J.P., et al. (2018). Procarbazine, lomustine and vincristine toxicity in low-grade gliomas. Curremt Oncol. 25: e33-e39.

Kelly, S. M., Price, N. C. (2000). The use of circular dichroism in the investigation of protein structure and function. Curr Protein Pept Sci. 1: 349-384.

Kowalski, A.(2016).Nuclear and nucleolar activity of linker histone variant H1.0. Cell Mol Biol Lett. 21:15.

Kumar, S., Pandya, P., Pandav, K., Gupt, S. and Chopra, A. (2012). Structural studies on ligand–DNA systems: A robust approach in drug design. J. Biosci. 37(3): 553–561.

Luger k., L. Dechassa M., J. Tremethic D. (2012) New insights into nucleosome and chromatin structure: an ordered state or a disordered affair? Nature Reviews Molecular Cell Biology. 13: 436-447.

Mohammadgholi, A., Rabbani- Chadegani, A., Fallah, S. (2013). Mechanism of interaction of plant alkaloid vincristine in chromatin context: Spectroscopic study and comparison with DNA. DNA and Cell Biology. 32: 228-235.

Ordu, OLusser, ADekker, NH. (2016). Recent insights from in vitro single-molecule studies into nucleosome structure and dynamics. Biophys Rev. 8: 33-49.

Pandya, P., Gupta, S.P., Pandav, K., Barthwal, R., Jayaram, B., and Kumar, S. (2012). DNA binding studies of vinca alkaloids: experimental and computational evidence. Nat Prod Commun. 7: 305–309.

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

Rabbani, A., Finn, R.M., Ausio, J. (2004a). The anthracycline antibiotics: antitumor drugs that alter chromatin structure. Bio Essays. 27: 50–56.

Rabbani, A., Finn, R.M., Thambirajah, A., Ausio, J. (2004b). Binding of antitumor antibiotic daunomycin to histones in chromatin and in solution. Biochemistry. 43:16497–16504.

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

Sen, A., Maiti M. (1994). Interaction of sanguinarine iminium and alkanolamine form with calf thymus DNA. Biochem. Pharmacol. 48: 2097–2102.

Shati, A.A. and Elaid F.G. (2018) Hepatotoxic effect of subacutevincristine administration activates necrosis and intrinsic apoptosis in rats. Arch Physiol biochem 1: 1-11.

Tang, H., Ye, Y., Li, T., Zhou, J., Chen, G.  (2003). Study on Schiff base complexes-cellular DNA interactions by a novel system of Hadamard transforms fluorescence image microscopy. Analyst. 128: 974–979.

Tyagi, G., Jangir, D K., Singh, P., Mehrotra, R. (2010). DNA Interaction Studies of an Anticancer Plant Alkaloid, Vincristine, Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy. DNA and Cell Biology. 29: 693-699.

Zhu, Y., Zeng, H., Xie, J., Ba, L., Gao, X. and Lu, Z. (2004). Atomic Force Microscopy Studies on DNA Structural Changes Induced by Vincristine Sulfate and Aspirin. Microsc Microanal., 10: 286–290.


دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 60
تابستان 1398
صفحه 158-173