Interaction of Chemical Drugs with Various DNAs Probed by Spectroscopy

Abstract

In the first part of this work, spectroscopic properties of the norfloxacin-single-stranded DNA including absorption, fluorescence emission, induced CD and the thermodynamic parameters were compared with those of the norfloxacin-double stranded DNA complex in which norfloxacin is evident to be intercalated in non-classical manner. From this comparable study, the following spectroscopic observations were made for the norfloxacin-single stranded DNA complex: (1) hypochromism is the norfloxacin absorption region, (2) characteristic induced CD spectrum that consists of (from long wavelength) a weak positive band (200∼350 nm) and a strong positive band (280∼300 nm) followed by a negative band (250∼280 nm), (3) strong decrease in the fluorescence intensity as well as red shift in the fluorescence emission spectrum. Nature of these spectroscopic properties as well as fluorescence decay times and thermodynamic parameters for norfloxacin complexation with single stranded DNA are the same sa that with double stranded DNA, indicating the environment of the norfloxacin is quite similar in these two different nucleic acids. Considering that norfloxacin is intercalated between the base pairs of double stranded DNA, the only possible conformation of the norfloxacin in single stranded DNA is the stacking, in which the molecular plane of the norfloxacin is inserted between the nucleobases of the single strand DNA and stabilized by the interaction of π elections. In the second part, the conformation of the porphyrin, H_(2)TMPyP and CoTMPyP complexed with triple helical DNA is compared with those of corresponding duplexed by CD in order to elucidate the nature of outside binding. Induced CD spectra of H_(2)TMPyP and CoTMPyP complexed with poly[d(A-T)_(2)], poly(dA)·ploy(dT) duplex and poly(dA)·[poly(dT)]_(2) triplex, and poly[d(G-G)_(2)], poly(dG)·poly(dC) duplex and poly(dG)·poly(dC)·poly(dC)^(+) triplex were measured. From close analysis, the following conclusions were made for the porphyrin-DNA complexes: (1) both H_2TMPyP and CoTMPyP are complexed with AT type DNA through minor groove binding mode in agreement with previous studies. (2) H_2TMPyP is confirmed to be intercalated into GC type DAN. (3) CoTMPyP may not bind to the major groove of GC type DNA as previous studies but to minor groove.;본 연구의 전반부에서는 supercoiled DNA-gyrase 결합체에 대한 항생물질로서 norfloxacin의 억제 메카니즘을 이해하기 위해서, 다양한 분광학적 방법을 통한 single stranded DNA-norfloxacin 결합체의 결합 특성에 관해 조사하였다. Single stranded DNA-norfloxacin 결합체와 norfloxacin이 intercalation한다고 알려진 이중나선 DNA-norfloxacin 결합체의 흡광. 형광, induced CD 및 열역학적인 파라미터가 비교되었다 우선, norfloxacin 흡광영역에서 hypochromism이 나타났고, induced CD 에서는 약한 positive band (300∼350 nm), 강한 positive band (280∼300 nm), 그리고 negative band (250∼280 nm)로 이어지는 특징적인 스펙트럼을 보였으며, 형광 스펙트럼에서는 적색 편이 및 형광 세기의 강한 감소를 나타내었다. 결과적으로 Single stranded DNA-norfloxacin 결합체는 이중나선 DNA-norfloxacin 결합체와 같은 분광학적 특성을 나타내는 것으로 조사되었으며, 따라서 이 두 가지 DNA에 대해 norfloxacin의 환경이 꽤 비슷하다는 것을 알 수 있다. 그런데 이중나선 DNA의 경우에는 염기쌍들 사이에 norfloxacin이 intercalation되기 때문에. 쥐와 같이 비슷한 결과를 나타내기 위해서는, norfloxacin의 분자 평면은 single stranded DNA의 stacking된 염기들 사이에 삽입되어서 π 진자의 상호작용에 의해 안정화된다고 결론지어진다. 본 연구의 후반부에서는, 삼중나선 DNA-porphyrins 결합체와 이중나선 DNA-porphyrins의 결합체의 conformation을 induced CD 스펙트럼을 통해 비교하였다. Poly[d(A-T)_(2)]와 poly[d(G-C)_(2)]와 결합된 metalloporphyrins는 모두 groove binding한다고 알려져 있지만,분광학적 특성은 다르게 나타난다 이것은 polynucleotide 염기가 다르기 때문일 수도 있고, 혹은 binding mode의 차이일 수도 있는데, 이 문제를 밝히기 위해. poly[d(A-T)_(2)], poly(dA)·(dT) duplex와 poly(dA)·[poly(dT)]_(2) triplex, 그리고 poly[d(G-C)_(2)], poly(dG)·(dC) duplex와 poly(dG)·(dC)·(dC)^(+) triplex 등과 결합된 H_(2)TMPyP와 CoTMPyP의 induced CD 스펙트럼이 측정되었다. AT type DNA와 결합된 H_(2)TMPyP와 CoTMPyP는 모두 minor groove binding하는 것으로 나타났으며, 이것은 알려진 이전의 연구들과 일치한다. GC type DNA에 결합된 H_(2)TMPyP의 경우에도, 이전에 알려진 바와 같이 intercalation된다는 것으로 나타났다. 그러나 GC type DNA에 결합된 CoTMPyP의 경우에는 이중나선 DNA와 major groove가 가려진 삼중나선 DHA의 inducedCD 스펙트럼이 달랐으므로, 이전에 알려진major groove binding이 아니라 minor groove에 결합된다는 결론을 얻었다.