Synthesis of a bisbenzoxazole analogue of Hoechst 33258 as a Potential GC-Selective Dna Ligand

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using a computer modelling approach we proposed the structure of a potential GC-specific DNA ligand, which could form a complex with DNA in the minor groove similar to that formed by Hoechst 33258 at DNA AT-enriched sites. According to this model MBoz2A, a bisbenzoxazole ligand, was synthesized. The results of spectrophotometric methods supported the complex formation of the compound under study with DNA differed in the nucleotide composition.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. F. Arutuynyan

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: zhuze@eimb.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

M. S. Aksenova

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: zhuze@eimb.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

A. A. Kostyukov

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Science

Email: zhuze@eimb.ru
Russian Federation, Moscow, 119334

A. A. Stomakhin

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: zhuze@eimb.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

D. N. Kaluzhny

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Email: zhuze@eimb.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

A. L. Zhuze

Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zhuze@eimb.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Geierstanger B.H., Wemmer D.E. (1995) Complexes of the minor groove of DNA. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Structure. 24, 463–493.
  2. Krey A.K., Hahn F.E. (1970) Studies on the complex of distamycin A with calf thymus DNA. FEBS Lett. 10, 175–178.
  3. Harshman K.D., Dervan P.B. (1985) Molecular recognition of B-DNA by Hoechst 33258. Nucl. Acids Res. 13, 4825–48354.
  4. Dervan P.B. (2001) Molecular recognition of DNA by small molecules. Bioorg. Med. Chem. 9, 2215–2235.
  5. Dervan P.B., Buerli R.W. (1999) Sequence-specific DNA recognition by polyamides. Curr. Opin. Chem. Biol. 3, 688–693.
  6. Wemmer D.E., Dervan P.B. (1997) Targeting the minor groove of DNA. Curr. Opin. Struct. Biol. 7, 355–361.
  7. Dervan P.B., Doss R.M., Marques M.A. (2005) Programmable DNA binding oligomers for control of transcription. Curr. Med. Chem. Anti-Cancer Agents. 5, 373–387.
  8. Guo P., Paul A., Kumar A., Farahat A.A., Kumar D., Wang S., Boykin D.W., Wilson D.W. (2016) The thiophene “sigma-hole” as a concept for preorganized, specific recognition of G.C base pairs in the DNA minor groove. Chem. Eur. J. 22, 15404–15412.
  9. Guo P., Farahat A.A., Paul A., Hanka N.K., Boykin D.V., Wilson W.D. (2018) Compound shape effects in minor groove binding affinity and specificity for mixed sequence DNA. J. Am. Chem. Soc. 140, 14761–14769.
  10. Wilson W.D., Paul A. (2023) Compound shape and substituent effects in DNA minor groove interactions. In: Handbook of Chemical Biology of Nucleic Acids. Еd. Sugimoto N. Singapore: Springer, pp. 1‒39.
  11. Paul A., Nanjunda R., Wilson W.D. (2023) Binding to the DNA minor groove by heterocyclic dications from AT specific to GC recognition compounds. Curr. Protocols. 3(4), e729.
  12. O’Boyle N.M., Banck M., Craig A.J., Morley C., Vandermeersch T., Hutchison G.R. (2011) Open Babel: an open chemical toolbox. J. Cheminformatics. 3, 1–14.
  13. Korb O., Stützle T., Exner T.E. (2007) An ant colony optimization approach to flexible protein–ligand docking. Swarm Intelligence. 1, 115134.
  14. Teng M.K., Usman N., Frederick C.A., Wang A.H. (1988) The molecular structure of the complex of Hoechst 33258 and the DNA dodecamer d (CGCGAATTCGCG). Nucl. Acids Res. 16, 2671–2690.
  15. Finlay A.C., Hochstein F.A., Sobin B.A., Murphy F.X. (1951) Netropsin, a new antibiotic produced by a Streptomyces. J. Am. Chem. Soc. 73, 341–344.
  16. Zasedatelev A.S., Borodulin V.B., Grokhovsky S.L., Nikitin A.M., Salmanova D.V., Zhuze A.L., Gursky G.V., Shafer R.H. (1995) Mono-, di- and trimeric binding of a bis-netropsin to DNA. FEBS Lett. 375, 304–306.
  17. Makarska-Bialokoz M. (2014) Fluorescence quenching effect of guanine interacting with water-soluble cationic porphyrin. J. Luminescence. 47, 27–33.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Formation of a hydrogen bond between benzimidazole and the AT pair (a) and benzoxazole and the GC pair of DNA (b).

Download (22KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Computer model of MBoz₂A and Hoechst 33258 complexes with d(A-T)₁₀ and d(G-C)₁₀. Atoms C (ligand) – gray, C (DNA) – gold, N – blue, O – red, H – white. Predicted hydrogen bonds are marked with a thick green line.

Download (94KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Calculated energy values ​​of MBoz₂A and Hoechst 33258 complexes with d(A-T)₁₀ and d(G-C)₁₀.

Download (16KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Synthesis of MBoz₂A, a bisbenzoxazole analogue of Hoechst 33258.

Download (39KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Changes in MBoz₂A fluorescence in the water–DMSO system. a – Fluorescence spectra upon excitation at a wavelength of 280 nm; b – fluorescence excitation spectra at a wavelength of 370 nm; c – fluorescence excitation spectra at a wavelength of 530 nm; d – fluorescence decay curves recorded through a filter transmitting light longer than 305 nm upon excitation by a pulsed LED with a wavelength of 280 nm. Empty circles – water, subsequent spectra with a step of increasing the volume fraction of DMSO by 10%, full circles – 100% DMSO. Arrows indicate the change in fluorescence intensity with an increase in the proportion of DMSO in the solution. [MBoz₂A] 10 μM, fluorescence excitation slit width 5 nm, cuvette 2 × 10 mm, room temperature (~25°C).

Download (98KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Fluorescence of MBoz₂A solvate forms in the water–DMSO system depending on the volume fraction of DMSO. a – Fluorescence lifetime of solvate forms; b – contribution of solvate forms to the total fluorescence. Empty circles – solvate form with a long fluorescence lifetime (aggregate), full circles – solvate form with a short fluorescence lifetime (monomer).

Download (35KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Circular dichroism spectra of MBoz₂A upon formation of a complex with DNA of different nucleotide composition: calf thymus DNA (a), poly(dA-dT)•poly(dA-dT) (b), poly(dG-dC)•poly(dG-dC) (c). Empty circles – DNA in the absence of ligand, full circles – maximum concentration of ligand in DNA solution. Dependence of the circular dichroism signal amplitude at a wavelength of 330 nm on the concentration of MBoz₂A (d). Empty diamonds – calf thymus DNA; filled squares – poly(dA-dT)•poly(dA-dT); filled triangles – poly(dG-dC)•poly(dG-dC); [DNA] 50 µM (bp) in 10 mM Na-phosphate buffer pH 7.0, 25°C.

Download (94KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Fluorescence spectra of MBoz₂A upon formation of complex with DNA of different nucleotide composition. Calf thymus DNA (a); poly(dA-dT)•poly(dA-dT) (b); poly(dG-dC)•poly(dG-dC) (c). Empty circles – MBoz₂A in the absence of DNA, full circles – maximum DNA concentration in the ligand solution. Dependence of MBoz₂A fluorescence intensity on DNA concentration (d). Empty symbols – fluorescence at a wavelength of 370 nm; filled symbols – fluorescence at 530 nm; circles – calf thymus DNA; squares – poly (dA-dT)•poly (dA-dT); triangles – poly(dG-dC)•poly(dG-dC); [MBoz₂A] 10 µM in 10 mM Na-phosphate buffer pH 7.0, 25°C.

Download (101KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».