Kompleksy białek i układów ciekłokrystalicznych. Możliwość zastosowań praktycznych

• Autorzy: Drozd A. , Konieczny L. , Rybarska J. , Stopa B. , Piekarska B. , Roterman I. , Król M. , Spólnik P. , Zemanek G.

Warianty tytułu

EN

Specific supramolecular ligands with proteins. Possible practical application

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wg powszechnie przyjętego mechanizmu tworzenia się specyficznych kompleksów z białkami, miejscem wiązania ligandów, w tym również pochodzenia niebiologicznego (a więc np. leków) jest grupa czynna białka. To miejsce w białku umożliwia wiązanie liganda przy ograniczonym dostępie wody, która skutecznie zapobiega asocjacjom powierzchniowym. W związku z dynamicznym charakterem struktury białka istnieje jednak możliwość penetracji ligandów do obszarów głębszych poza grupą czynną. Kompleksowanie napotyka jednak tutaj na konkurencję łańcucha polipeptydowego, który jedynie w wyniku fluktuacji przejściowo umożliwił penetrację liganda. Konkurencji nie wytrzymują z reguły związki drobnocząsteczkowe. Jednak może jej sprostać zespołowa interakcja, jaką reprezentują zasocjowane cząsteczki liganda supramole- kularnego pod warunkiem, że wzajemnie oddziaływujące cząsteczki liganda - nadające mu spójność - są odpowiednio duże. Ligandy supramolekularne, które tworzą micele taśmowe, korespondują strukturalnie z łańcuchem peptydowym o konformacji Beta. Te szczególne rodzaje struktur ciekłokrystalicznych nadają się do tworzenia kompleksów poza grupą czynną białek. Plastyczność tych ligandów wybitnie ułatwia kompleksowanie. Ponieważ dynamika natywnego białka ujawnia się głównie w wyniku ruchów związanych z funkcją, utworzone kompleksy zamrażające przejściowy stan dynamiczny mają istotny wpływ na biologiczną aktywność białka. Kompleksowanie ligandów supramolekularnych o własnościach ciekłokrystalicznych jest problemem nowym. Zjawisko otwiera duże możliwości zastosowań praktycznych.

EN

The protein binding site is (according to commonly accepted mechanism) the only locus responsible for the specific ligation of compounds of non-biological origin, including drugs. The binding cleft favors association decreasing the access of water which prevents efficiently the non-covalent binding at the protein surface. Nevertheless, the dynamic character of protein structure may allow penetration of small compounds to the periphery or the interior of the molecule, outside the binding site. However, the complexation meets here the strong competition of polypeptide chains making the non-specific interaction of small molecules unsufficient to ensure the binding. This competition may be faced after all by collective interaction of self-assembled molecules if the local or global instability of protein structure allows penetration of a large unit of su- pramolecular ligand and self-assembling is strong enough to replace the polypeptide chain from its packing locus. The supramolecular ligands of Congo red family which form ribbon- shaped micellar entities and correspond in some way to polypeptide chains of Beta-conformation offer the largest interaction contact. Supramolecular structures of this kind appear capable of sustaining the competition of polypeptide chains and form stable complexes. The strong complexation depends particularly on plasticity of dye ligand improving the fitting to receptor sites in protein. Since the increased structural dynamics of native protein, allowing the penetration of dye is commonly associated with function-derived movements, the complexation may affect biological activity. The recently discovered complexation of supramolecular structures with proteins seems to be a promising phenomenon for pharmacology and medicine.

Słowa kluczowe

PL

struktura białek; symulacja zmian strukturalnych; kompleksy białek z ligandami ciekłokrystalicznymi

EN

protein structure; simulation of structural changes in proteins; protein - supramolecular ligand complexes

• Wydawca: Uniwersytet Jagielloński - Collegium Medicum ; Index Copernicus Sp. z o.o.
• Czasopismo: Bio-Algorithms and Med-Systems
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 1, no. 1/2
• Strony: 113--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Drozd A.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 7

autor

Konieczny L.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 7

autor

Rybarska J.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 7

autor

Stopa B.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 7

autor

Piekarska B.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 7

autor

Roterman I.

• Zakład Bioinformatyki i Telemedycyny, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 17

autor

Król M.

• Zakład Bioinformatyki i Telemedycyny, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 17

autor

Spólnik P.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 7

autor

Zemanek G.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Kopernika 7

Bibliografia

• 1. Blau W. J., Fleming A. J.: Designer nanotubes by molecular self-assembly, Science, 304: 1457-1458, 2004.
• 2. Attwood T. K., Lydon J. E., Hall C., Tiddy G. J. T.: The distinction between chromonic and amphiphilic lyotropic mesophases, Liquid Crystals, 7: 657-668. 1990.
• 3. Wasilewskaya A. C., Generalova E. W., Sonin A. C.: Chromonic mesophases, Uspiechi chimi (Russ) LVIII:1574-1596, 1989.
• 4. Perahia D., Wachtel E. J., Luz Z.: NMR and X-ray studies of the chromonic lyomesophases formed by some xanthone derivatives, Liquid Crystals, 9: 479-492, 1991.
• 5. Skowronek M., Stopa B., Konieczny L., Rybarska J., Piekarska B., Szneler E., Bakalarski G., Roterman I.: Self-assembly of Congo red - a theoretical and experimental approach to identify its supramolecular organisation in water and salt solution, Biopolymers, 46: 267-281, 1998.
• 6. Stopa B., Piekarska B., Konieczny L., Rybarska J., Spólnik P., Zemanek G., Król M., Roterman I.: The structure and protein binding of amyloid-specific dye reagents, Acta Biochimica Polonica, 50: 1213-1227, 2003.
• 7. Roterman I., No K. T., Piekarska B., Kaszuba J., Pawlicki R., Rybarska J., Konieczny L.: Bis-azo dyes - studies on the mechanism of complex formation with IgG modulated by heating or antigen binding, J. Physiol. Pharmacol., 44: 213-232, 1993.
• 8. Roterman I., Konieczny L., Stopa B., Rybarska J., Piekarska B.: Heat-induced structural changes in the Fab fragment of IgG recognised by molecular dynamics simulation. Implications for signal transduction in antibodies, Folia Biologica (Kraków), 35: 115-128, 1994.
• 9. Rybarska J., Piekarska B., Stopa B., Zemanek G., Konieczny L., Nowal M., Król M., Roterman I., Szymczakiewicz-Multanowska A.: Evidence that supramolecular Congo red is the sole ligation form of this dye for L chain lambda derived amyloid proteins, Folia Histochem. Cytobiol, 39: 307-314, 2001.
• 10. Piekarska B., Konieczny L., Rybarska J., Stopa B., Zemanek G., Szneler E., Król M., Nowak M., Roterman I.: Heat-induced formation of a specific binding site for self-assembled Congo red in the V domain of immunoglobulin L chain lambda, Biopolymers, 59: 446-456, 2001.
• 11. Roterman I., Król M., Nowak M., Konieczny L., Rybarska J., Stopa B., Piekarska B., Zemanek G.: Why Congo red binding is specific for amyloid proteins, Medical Science Monitor, 7: 771- 784, 2001.
• 12. Król M., Roterman I., Piekarska B., Konieczny L., Rybarska J., Stopa B., Local and long range structural effects caused by the removal of the N-terminal polypeptide fragment from immunoglobulin L chain lamda, Biopolymers, 69: 189-200, 2003
• 13. Roterman I., Rybarska J., Konieczny L., Skowronek M., Stopa B., Piekarska B., Bakalarski G.: Congo red bound to a-1 proteinase inhibitor as a model of supramolecular ligand and protein complex, Computers & Chemistry, 22: 61-70, 1998
• 14. Augener W., Grey H. M.: Studies on the mechanism of heat aggregation of human IgG, J. Immunol., 105: 1024-1030, 1970.
• 15. Cogne M., Silvain C., Khamlichi A. A., Preud'homme J.-L.: Structurally abnormal immunoglobulins in human immunoprolif- erative disorders, Blood, 79: 2181-2195, 1992.
• 16. Spólnik P., Konieczny L., Piekarska B., Rybarska J., Stopa B., Zemanek G., Król M., Roterman I.: Instability of monoclonal myeloma protein may be identified as susceptibility to penetration and binding by newly synthetised Congo red derivatives, Biochimie, 86: 397-401, 2004.
• 17. Spólnik P., Piekarska B., Stopa B., Konieczny L., Zemanek G., Rybarska J., Król M., Nowak M., Roterman I.: The structural abnormality of myeloma immunoglobulins tested by Congo red binding, Med. Sci. Monit., 9: 145-153, 2003.
• 18. Piekarska B., Konieczny L., Rbarska J., Stopa B., Spólnik P., Roterman I., Król M.: Intramolecular signaling in immuno- globulins - new evidence emerging from the use of supramole- cular protein ligands, J. Physiol. Pharmacol., 55: 487-501, 2004
• 19. Calvanico N. J., Tomasi T. B.: Effector sites on antibodies. In: Atassi M. Z. (ed.): Immunochemistry of proteins, Vol. 3, New York and London, Plenum Press, 1979, pp. 1-85.
• 20. Weininger R. B., Richards F. F.: Combining regions of antibodies. In: Atassi M. Z. (ed.): Immunochemistry of proteins. Vol. 3, New York and London, Plenum Press, 1979, pp. 123-166.
• 21. Metzger H.: General aspects of antibody structure and function. In Fc receptors and the action of antibodies, In: Metzger H. (ed.), Washington DC, Am. Soc. Microbiol.: pp. 7-11, 1990.
• 22. Schneider W. P., Wemsel T. G., Stryer L., Oi V. T.: Genetically engineered immunoglobulins reveal structural features con trolling segmental flexibility, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 2509-2513, 1988.
• 23. Mizutani R., Igarashi T., Tanaka T., Shimada I., Arata Y.: Effector functions of a mouse IgG that lacks the entire CH1 domain. C1q binding and complement fixation in the absence of antigen, J. Immunol., 150: 131-138, 1993.
• 24. Rybarska J., Konieczny L., Roterman I., Piekarska B.: The effect of azo dyes on the formation of immune complexes, Arch. Immunol. Ther. Exp., 39: 317-327, 1991.
• 25. Zemanek G., Rybarska J., Stopa B., Piekarska B., Spólnik P., Konieczny L., Roterman I., Bugajski A.: Protein distortion-derived mechanism of signal discrimination in monocytes revealed using Congo red to stain activated cells, Folia Histochem Cytobiol., 41: 113-124, 2003.
• 26. Konieczny L., Piekarska B., Rybarska J., Skowronek M., Stopa B., Tabor B., Dąbroś W., Pawlicki R., Roterman I.: The use of Congo red as a lyotropic liquid crystal to carry stains in a model immunonotargeting system - microscopic studies, Folia Histochem Cytobiol., 35: 203-210, 1997.
• 27. Rybarska J., Piekarska B., Stopa B., Spólnik P., Zemanek G., Konieczny L., Roterman I.: In vivo accumulation of self-assembling dye Congo red in an area marked by specific immune complexes - Possible relevance to chemotherapy, Folia Histochem Cytobiol, 42: 101-110, 2004.
• 28. Zemanek G., Konieczny L., Piekarska B., Rybarska J., Stopa B., Spólnik P., Urbanowicz B., Nowak M., Król M., Roterman I.: Egg yolk platelet from Xenopus laevis are amyloidogenic, Folia Histochem. Cytobiol., 40: 311-318, 2002.