Індекс рубрикатора НБУВ: Е60*716-638.3

Рубрики:

Загальна зоологія

Шифр НБУВ: Ж60216 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.13 в760.72

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Development of new formulations of antineoplastic drugs currently represents extensively growing research area. Efficiency of existing anti-tumor drugs is frequently limited by their high general toxicity, metabolic instability in an organism and bad penetration into a cancer cell. Besides, insignificant direct influence on tumoral growth also limits the application of antineoplastic drugs in a free form. One efficient way of drug delivery is based on the use of lipid vesicles (liposomes). Liposomes are spherical, self-closed structures formed by one or several concentric lipid bilayers with an aqueous phase inside and between the lipid bilayers. The lipid bilayer favors solubilization of hydrophobic compounds, whereas internal aqueous phase of lipid vesicles is suitable for encapsulation of hydrophilic drugs. Design of liposomal carriers is heavily based on the evaluation of bilayer-modifying properties of the drug. This is important not only for achieving maximum payload without compromising liposome stability, but also for prediction of therapeutic and toxic effects of a certain compound, because membrane interactions may prove critical for drug absorption, distribution, metabolism and elimination in an organism. In the present work the effect of the two potential antineoplastic drugs - europium coordination complexes (LC) - on the physicochemical properties of phosphatidylcholine (PC) model membranes has been investigated using the environmentally-sensitive pH indicator dye bromothymol blue (BTB). This dye responds to the changes in environmental conditions by the shifts of its protolytic and partition equlibria. Incorporation

of LC into the lipid vesicles was found to exert no influence on the effective electrostatic potential of model membranes, i.e. the mean potential at location of the dye prototropic moiety in the interfacial region. In contrast, BTB membrane partitioning markedly enhanced in the presence of drugs, indicating that europium coordination complexes can affect molecular organization of a lipid bilayer, presumably through generation of structural defects and altering the conformation of PC headgroups. High lipophilicity of Eu(III) coordination complexes together with their relatively weak membrane-modifying propensities create prerequisites for the development of liposomal formulations of these compounds.

Among a wide variety of drug nanocarriers developed to date, liposome-based delivery systems are particularly attractive due to their advantageous features such as biocompatibility, complete biodegradability, low toxicity, ability to carry both hydrophilic and lipophilic payloads and protect them from chemical degradation and transformation, increased therapeutic index of a drug, improved pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles compared to free drugs, reduced side effects, etc. The efficiency of drug encapsulation is largely determined by its membrane-partitioning properties as well as physicochemical characteristics of the lipid vesicles. In the present study we concentrated our efforts on the pre-formulation studies of the two synthesized Eu(III) coordination complexes, V3 and V4, the potential anticancer drugs. More specifically, our goal was twofold: to characterize the membrane partition properties of these complexes, and to assess how the lipid-associating ability of V3 and V4 depends on membrane structural state being varied by introducing the different amounts of cholesterol

(Chol) into phosphatidylcholine (PC) lipid vesicles. To achieve this goal, several fluorescent probes including pyrene, 1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene (DPH), and 4-p-(dimethylaminostyryl)-1-dodecylpyridinium (DSP-12) have been employed. Partition coefficients of lanthanides determined using the equilibrium dialysis technique proved to depend on the amount of Chol content. Formation of drug-lipid complexes was found to affect pyrene excimerization and DSP-12 spectral properties but exerted no influence on pyrene vibronic structure and DPH anisotropy. Membrane composition was shown to have an impact on the spectral responses of the probes in drug-lipid systems. This finding was interpreted as arising from the sterol condensing effect on the structural state of the lipid bilayer.

Індекс рубрикатора НБУВ: Р34

Рубрики:

Загальна діагностика

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.111.3 в760.72

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.112.1 в734.6

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Е50*551.322.5 + Е50*725.111.332

Рубрики:

Загальна ботаніка

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Currently there is a growing interest in screening of new drugs, capable of destroying cancer cells effectively, without damaging health tissues. In this context the potential of liposomes as a drug carrier system is extensively investigated [1-3]. Liposomes are nanosize particles in which lipid bilayer encloses an aqueous internal compartment. Size, charge and surface properties of liposomes can be easily changed simply by adding new ingredients to the lipid mixture before liposome preparation or by variation of preparation techniques. Another important feature is that lipid vesicles can entrap both hydrophilic and hydrophobic pharmaceutical agents. Liposome delivery systems can enhance drug solubility, reduce toxicity associated with free anticancer drugs and improve stability of the drug by protecting the compound from chemical degradation or transformation. However, the therapeutic and toxic effects of drug are strongly determined by the degree or efficiency of its loading into the liposomes. For this reason, while using liposomes as delivery systems for hydrophobic drugs, it is necessary to know the character of a drug effect on the structure and physicochemical properties of a lipid bilayer. The aim of this work was to investigate the effect of lipid composition on membrane interactions of europium coordination complexes, V3 and V4, the potential antineoplastic drugs. Liposomes were formed by egg yolk phosphatidylcholine (PC) and its mixture with cardiolipin (CL) and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). The membrane-partitioning properties of the investigated drugs were

evaluated using the equilibrium dialysis technique in combination with absorption spectroscopy. To gain insight into the drug influence on physical parameters and molecular organization of lipid bilayer, two fluorescent probes have been employed, viz. pyrene and 1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene (DPH). It was found that inclusion of anionic lipid cardiolipin and cationic detergent CTAB into PC bilayer gives rise to decrease of the drugs partition coefficients. The drug incorporation into liposomal membrane is accompanied by the alterations of pyrene spectral parameters and DPH anisotropy. The observed effects suggest that the influence of europium compounds on bilayer structural state can be modulated by CL and CTAB.

За допомогою методу моношарів Ленгмюра досліджено здатність нових протипухлинних препаратів, координаційних комплексів європію (ККЄ), вбудовуватися у ліпідний моношар, сформований з дімірістоїлфосфатидилхоліну. Знайдено, що ККЄ проникають у ліпідний моношар, а ступінь проникнення залежить як від структури препарату, так і від начального поверхневого тиску ліпідної плівки. Оцінка критичного поверхневого тиску моношару показала, що досліджувані препарати можуть вбудовуватися у клітинні мембрани.

За допомогою різних методів комп'ютерного моделювання сконструйовано амілоїдні фібрили лізоциму, Abeta-білка та аполіпопротеїну A-I та досліджено сорбцію фібрилярних агрегатів на поверхню ліпідного бішару. Структури амілоїдних фібрил, які відрізнялися за своїм кутом закручення, згенеровано за допомогою програми CreateFibril. Стабільність одержаних агрегатів оцінено на допомогою сервера AQUASOL. Енергетично оптимальну орієнтацію фібрилярних агрегатів на мембрані ідентифіковано за допомогою сервера PPM. Знайдено, що зростання періодичності амілоїдів призводить до збільшення вільної енергії переносу пептидів з водної фази в ліпідну.

За допомогою флуоресцентних методів досліджено вплив холестерину та іонної сили на спектральні властивості нового бензантронового зонда АВМ та його здатність до зв'язування з модельними ліпідними мембранами. Показано, що спектральні характеристики АВМ, включаючи максимум, інтенсивність, анізотропію і час життя флуоресценції, залежать від вмісту холестерину та концентрації натрію в середовищі, що вказує на високу чутливість цього зонду до змін фізико-хімічних властивостей мембран.

Squaraines represent a class of organic dyes operating in red and near-infrared regions. Due to their unique optical characteristics, such as high extinction coefficients, reduced background fluorescence and light scattering, photostability, these fluorophores attract ever-growing attention as prospective bioimaging agents. The present contribution overviews the spectral properties and some biological applications of the novel squaraine dye SQ-1. This probe was found to possess very high lipid-associating ability manifesting itself in a sharp increase of its emission. Binding of SQ-1 to the lipid bilayers containing zwitterionic and anionic lipids was found to be controlled mainly by hydrophobic interactions. Analysis of SQ-1 spectral behavior in the model membrane systems containing heme proteins revealed the dye sensitivity to the reactive oxygen species. This effect was supposed to originate from the reaction between lipid radicals and SQ-1 occuring at the squaric moiety or in its vicinity. Resonance energy transfer studies highlight the applicability of SQ-1 to structural characterization of amyloid fibrils.

За допомогою методу мікроелектрофорезу досліджено вплив нативної та амілоїдної форм лізоциму та сироваткового альбуміну на електрокінетичну поведінку моно- та мультиламелярних ліпосом із цвіттеріонного ліпіду фосфатидилхоліну та аніонного ліпіду кардіоліпіну. При варіюванні молярного співвідношення ліпід:білок визначено дзета-потенціал, поверхневий електростатичний потенціал і поверхневу густину заряду ліпідних везикул. Складна залежність електрофоретичної рухливості від концентрації білка та зміна знаку поверхневого заряду, виявлені для мультиламелярних везикул, пояснено мультишаровою адсорбцією білків на поверхні ліпосом. Встановлено, що нативна та фібрилярна форми білків відрізняються за їх здатністю модифікувати зарядовий стан модельних мембран.

За допомогою методу молекулярної динаміки досліджено взаємодію мітохондріального гемопротеїну цитохрому с з модельними мембранами, що складались із цвіттеріонного ліпіду фосфатидилхоліну (ФХ) та аніонних ліпідів фосфатидилгліцерину (ФГ), фосфатидилсерину (ФС) чи кардіоліпіну (КЛ). Показано, що структура цитохрому с залишається практично незмінною у комплексах білка з ФХ/ФГ чи ФХ/ФС бішарами. Своює чергою, зв'язування білка з ФХ/КЛ бішарами супроводжується збільшенням радіусу інерції та середньоквадратичних флуктуацій цитохрому с. Продемонстровано, що величина цих змін зростає з вмістом аніонного ліпіду. Винайдені ефекти були інтерпретовані у межах часткового розгортання поліпептидного ланцюга в області Ala15-Leu32, розширення гемового карману та посилення конформаційних флуктуацій на ділянці Pro76-Asp93 у разі зростання молярної частки КЛ від 5 до 25 %. Одержані результати є важливими у контексті амілоїдогенної здатності цитохрому с.

За допомогою методів флуориметричного титрування та молекулярного докінгу проведено оцінку можливості застосування аураміну О для детектування та характеризації амілоїдних фібрил. З використанням моделі адсорбції Ленгмюра одержано параметри зв'язування зондів із нативними та фібрилярними білками. Виявлено високу афінність аураміну О до амілоїдних фібрил, що була одного порядку з афінністю класичних амілоїдних маркерів. Барвник також мав більш високу інтенсивність флуоресценції за присутності амілоїдних фібрил лізоциму та більш низьку чутливість до нативного білка, ніж тіофлавін Т. Крім того, аурамін О, на відміну від тіофлавіну Т, проявив здатність до детектування фібрил різної морфології, завдяки зсувам положення максимуму емісії. За допомогою методу молекулярного докінгу показано, що аурамін О та тіофлавін Т утворюють найбільш стабільні комплекси з жолобком G54_L56/S60_W62 фібрили лізоциму, що простягається паралельно її головній осі. Отримані результати свідчать про внесок як гідрофобних, так і електростатичних взаємодій у стабілізацію комплексів барвників із амілоїдними фібрилами.

Проаналізовано протолітичні та термодинамічні рівноваги індикаторних барвників у модельних ліпідних і білок-ліпідних системах. Запропоновано методологічний підхід, що надає можливість визначати коефіцієнти розподілу протонованої та депротонованої форм барвника на основі спектрофотометричних вимірювань. Проведено дослідження розподілу індикаторного барвника бромтимолового синього в модельні бішарові мембрани, що складались із фосфатидилхоліну та кардіоліпіну (9:1, моль:моль). Показано, що коефіцієнт розподілу протонованої форми барвника в ліпідну фазу на 5 порядків є вищим, ніж коефіцієнт розподілу депротонованої форми. Цей ефект інтерпретовано в межах уявлень про різний розподіл заряду в іонах барвника, що перешкоджає гідрофобним взаємодіям депротонованої форми з ліпідами. Спостережуване зменшення розподілу бромтимолового синього в ліпідний бішар за присутності гемоглобіну пояснено білок-індукованими змінами структури та фізико-хімічних властивостей межі розділу ліпід-вода. У практичному аспекті, отримані результати мають значення для розробки замінників крові на основі гемосом і з'ясування ролі гемоглобіну у розвитку амілоїдних патологій, зокрема, хвороби Альцгеймера.

Амілоїдні фібрили - це високо впорядковані нерозчинні білкові агрегати, які викликають цілу низку серйозних захворювань, таких як хвороби Альцгеймера та Паркінсона, пріонні патології, деякі типи системного амілоїдозу, тощо. Один із найбільш ефективних підходів до детектування амілоїдних фібрил базується на дослідженні спектральної поведінки специфічного флуоресцентного барвника, Тіофлавіну T (ThT). За допомогою методів молекулярного докінгу та молекулярної динаміки, з використанням програмних пакетів PatchDock, FireDock, CreateFibril та GROMACS, створено та проаналізовано модель закрученої фібрили К-пептиду, який, вірогідно, входить до ядра амілоїдних фібрил лізоциму. Досліджено вплив кута закручування фібрил на їх зв'язування з ThT. Отримані результати свідчать про те, що специфічність ThT до закручених фібрил переважно визначається ефектами кривизни, а не амінокислотним складом фібрилярних жолобків, в яких розташовується молекула ThT.

За допомогою методу флуоресцентної спектроскопії проведено оцінку можливості використання нових гептаметинових ціанінових барвників AK7-5 та AK7-6 для детектування та характеризації одновимірних білкових агрегатів (амілоїдних фібрил), пов'язаних із розвитком численних патологій. Показано, що мономерна та агрегована форми цих барвників можуть зв'язуватись з амілоїдогенним білком лізоцимом, а супутні зміни в електронній структурі Н-агрегатів надають їм здатності флуоресціювати. Зростання гіпсохромної смуги, поряд із незначними змінами мономерного піка, індуковані нативним білком, і протилежні ефекти, викликані фібрилами лізоциму, надають можливість припустити, шо нативний лізоцим має більшу кількість сайтів зв'язування для агрегатів барвника, ніж фібрилярна форма білка, в той час як жолобки фібрил є специфічними сайтами зв'язування для мономерів барвника. Спостережувана спектральна поведінка ціанінів, а саме значні відмінності флуоресцентних відповідей, що викликані мономерною та фібрилярною формами лізоциму, свідчать про можливість застосування цих сполук як флуоресцентні амілоїдні маркери, поряд із класичним маркером Тіофлавіном Т.

Міжмолекулярні нековалентні взаємодії між білковими молекулами призводять до формування широкого спектра надмолекулярних ансамблів, структура яких коливається від невпорядкованих аморфних агрегатів до кристалів із чітко визначеною трансляційною симетрією у трьох напрямках. Одновимірні білкові агрегати (амілоїдні фібрили) є високовпорядкованими напівгнучкими полімерами з унікальними мезоскопічними властивостями, що визначаються як внутрішніми фізико-хімічними характеристиками поліпептидного ланцюга, так і зовнішніми умовами. Обговорено молекулярні механізми утворення амілоїдів, наведено математичний опис існуючих на сьогодні моделей фібрилізації білків. Для амілоїдів, які пов'язані з різноманітними патологіями, розуміння процесу росту фібрил може пролити світло на патогенез та молекулярні механізми амілоїдних захворювань, а також на стратегії попередження амілоїдозу на атомістичному рівні. У контексті нанотехнологій і функціональних матеріалів, розуміння деталей утворення амілоїдів є необхідним для дизайну нових наноматеріалів із перспективними властивостями.