Interagovat či neinteragovat: to je oč tu běží

Ilustrativní obrázek DNA a molekul COSANu.
zdroj: původní studie

Metalokarborany jsou klecovité trojrozměrné struktury, které často nacházejí využití v molekulách s potenciálním terapeutickým účinkem, a to jak díky své struktuře, tak díky schopnosti vhodně interagovat s biomolekulami. Kobalt bis(dikarbolid) (COSAN) mezi nimi vyčnívá právě díky svým vlastnostem. Je schopný se samostatně složit ve vodném prostředí a interaguje s lipidovými membránami, jako jsou například membrány obklopující buňky, nebo s proteiny. Také může procházet membránami a hromadit se uvnitř buněk i v jejich jádře. Jeho 3D struktura mu taktéž propůjčuje nevídanou stabilitu v biologickém prostředí. Často je tak součástí derivátů využívaných pro diagnostické i terapeutické aplikace. Mezi takové patří například konjugáty s nukleosidy či molekulami vmezeřujícími se do DNA. Interakce samotného COSANu s DNA je však tajemstvím – některé studie tvrdí, že interaguje, jiné zase, že nikoliv. Jak to tedy je?

Teoretické úvahy mluví proti možnosti interakce COSANu a DNA. Klecovitá struktura je sama o sobě velmi prostorově náročná. Na délku měří COSAN 11 Å a na šířku 6 Å, zatímco místo pro vmezeření do DNA má pouze necelé 4 Å a malý žlábek, kam se molekuly mohou také vázat, necelých 5 Å. Ačkoliv DNA je flexibilní, není pravděpodobné, že by se tam COSAN vešel. Další možností interakce molekul s nositelkou genetické informace je interakce přes tzv. π-elektronové systémy. Ty jsou přítomné v bázích DNA a také v různých organických aromatických molekulách. Nikoliv však v COSANu. Tato interakce tedy také není možná. Různé molekuly využívají k vazbě na DNA také vodíkové můstky, ty sice COSAN tvořit umí, ale pouze velmi slabé. Skupina okolo atomu boru dokáže tvořit také tzv. dvojvodíkové můstky, pro které ale na DNA není dost vazebných partnerů. Poslední možností je vazba přes elektrostatickou interakci. Ty jsou však obecně dostupné pouze pro kladně nabité molekuly, což COSAN se svým záporným nábojem opět nesplňuje.

Teorie však není vše, a ne vždy se shoduje s realitou. Jak to tedy vypadá s experimentálními výsledky? Vědci využili celou řadu metod pro studium interakce z různých úhlů pohledu. Spektrální analýza UV-Vis či cirkulární a lineární dichroismus by měly poskytnout informaci o vazbě přes změnu spektra DNA, ta ovšem nenastala. Pro ověření vlivu COSANu na délku a stabilitu DNA použili výzkumní pracovníci měření viskozity vzorku DNA a směsi DNA s COSANem. Pokud by k interakci docházelo, molekula DNA by se prodlužovala a viskozita by se zvyšovala. Ani tento výsledek však vědci nepozorovali. Vmezeřování molekul do DNA lze potvrdit pomocí „roztavení“ DNA, tak že se její řetězce rozpojí. Teplota, při které tento jev nastane se vmezeřením dalších molekul zvyšuje, jelikož DNA je stabilizována. V případě COSANu však k žádné změně nedošlo ani tentokrát. Další studie pomocí NMR a rovnovážné dialýzy také přispívají k závěru, že se žádná interakce nekoná.

Nějak ale COSAN svou toxicitu pro buňky zprostředkovává. Pomocí studie na bezjaderných červených krvinkách se podařilo vědcům dokázat, že přítomnost jádra či vůbec DNA v buňce není zásadní pro funkci COSANu. Jeho působení je pravděpodobně dáno vlivem na buněčnou membránu. Podařilo se ovšem také dokázat, že COSAN se velmi účinně váže na proteiny. Budoucnost jeho využití by tak mohla ležet právě v molekulách cílených na různé transkripční faktory a další proteiny, které váží DNA. Ty mají totiž, na rozdíl od enzymů či receptorů, velká otevřená aktivní místa, která byla dosud považována za prakticky nezasažitelná léky. Právě k nim by ale deriváty COSANu mohly mít velkou afinitu a jejich lhostejnost k DNA by mohla poskytovat další výhody.

Praxe se tak shodla s teorií a vědcům se podařilo prokázat, že i přes flexibilitu DNA s ní COSAN neinteraguje a nemá tak žádný vliv na její délku či stabilitu. Pro cytotoxické působení tohoto metalokarboranu dokonce DNA není v buňce vůbec potřeba, jelikož působí na proteiny a buněčnou membránu. Interakce s proteiny by mohla být centrem budoucího využití COSANu. Stále jsou ale nutné další studie pro potrvzení těchto závěrů.

Fink, K.; Cebula, J.; Tošner, Z.; Psurski, M.; Uchman, M.; Goszczyński, T. M. Cobalt Bis(Dicarbollide) Is a DNA-Neutral Pharmacophore. Dalton Trans. 2023, 52 (30), 10338–10347.

Magda Křelinová