Drug - DNA interactions: Properties and detection

Abstract

Large number of inorganic and organic compounds is able to bind to DNA and form the complex. Among them, very important drugs are chemotherapeutics. This paper presents the overview of DNA structural characteristics and types of interactions (covalent and noncovalent) between drugs and DNA molecule. Covalent binding of the drug is irreversible and leads to complete inhibition of DNA function, what conclusively, causes the cell death. On the other hand, noncovalent binding is reversible and based on the principle of molecular recognition. Special attention is paid to explain the specific sites in DNA molecule for drug binding. According to their structural characteristics, drugs that react noncovalently with DNA are intercalators, minor or major groove binders. When the complex between drug and DNA is formed, both the drug molecule, as well as DNA, experienced some modifications. This paper presents the overview of the methods used for the investigation of the interactions between drug and DNA with the aim of detection and explanation of the resulting changes. For this purpose many spectroscopic methods like UV/VIS, infrared and NMR, polarized light spectroscopies like circular and linear dichroism, fluorescence anisotropy or resonance, or very sensitive DNA-biosensors are used. The presented results summarize literature data obtained by the use of mentioned methods. The results are used to confirm the DNA damage, to determine drug binding sites and sequence preference, as well as conformational changes due to drug-DNA interaction.

Komplekse sa dezoksiribonukleinskom kiselinom (DNK) gradi veliki broj neorganskih i organskih jedinjenja, među kojima su od posebnog značaja lekovi iz grupe hemioterapeutika. U radu je dat pregled strukturnih karakteristika DNK molekula i tipova interakcije (kovalentne i nekovalentne) koje se javljaju između molekula leka i DNK. Kovalentno vezivanje leka za DNK je ireverzibilno i vodi ka kompletnoj inhibiciji funkcija DNK što dovodi do smrti ćelije, dok je nekovalentno vezivanje reverzibilno i zasniva se na principu molekularnog prepoznavanja. Posebna pažnja je posvećena objašnjenju specifičnih mesta u molekulu DNK Na kojima dolazi do vezivanja leka, u zavisnosti od strukturnih karakteristika molekula leka. Najveći broj lekova koji reaguju nekovalentno su interkalatni agensi, a pored njih postoje i lekovi koji se vezuju za mali ili veliki žljeb molekula DNK. Prilikom građenja ovih kompleksa nastaju promene kako na molekulu DNK tako i na molekulu leka. U radu je dat pregled metoda koje se koriste u ispitivanju interakcija između leka i DNK sa ciljem detekcije i objašnjenja nastalih promena. U ovu svrhu koriste se spektroskopske metode, kao što su UV/VIS, infracrvena, ramanska i NMR spektroskopija, zatim spektroskopije polarizovane svetlosti: metode linearnog i cirkularnog dihroizma, fluorescentne anizotropije ili rezonancije, a u novije vreme i osetljivi DNK-biosenzori. Predstavljeni su literaturni rezultati dobijeni primenom navedenih metoda koji se koriste za utvrđivanje oštećenja na DNK molekulu, određivanje mesta specifičnog vezivanja leka, redosleda vezivanja, kao i za detekciju konformacionih promena nastalih usled lek-DNK interakcije.