Ингибиторы матричных биосинтезов.

Существует большая группа веществ, ингибирующих синтез ДНК, РНК или белков.

Действие ингибиторов матричных синтезов как лекарственных препаратов основано на модификации матриц: ДНК, РНК, рибосом или инактивации ферментов. Центральное место среди них принадлежит антибиотикам.

 

Ингибиторы репликации

Антибиотики, взаимодействующие с ДНК, нарушают её матричную функцию и вызывают подавление процессов репликации и транскрипции. Их используют для лечения злокачественных новообразований и называют противоопухолевыми препаратами. Дауномицин, доксорубицин и некоторые другие взаимодействуют с молекулой ДНК таким образом, что циклическая структура этих антибиотиков встраивается между парами оснований G≡C, а углеводный компонент занимает малую бороздку ДНК. Это ведёт к локальному изменению структуры ДНК и ингибированию репликации и транскрипции.

 

К таким веществам относят также антибиотик актиномицин D, блокирующий синтез ДНК и РНК у про- и эукариотов. Это соединение слишком токсично, чтобы использовать его в клинических целях, но его широко используют в научно-исследовательской работе для изучения процессинга первичных транскриптов РНК.

 

Избирательность действия противоопухолевых антибиотиков невелика и обеспечивается более высокой по сравнению с нормальными клетками скоростью синтеза ДНК и РНК, а также повышенной проницаемостью клеточных мембран опухолевых клеток. В то же время эти соединения токсичны для быстроделящихся нормальных клеток организма, таких как стволовые клетки кроветворной системы, клетки слизистой оболочки желудка и кишечника, фолликулов волос. В последние годы проводятся исследования по созданию препаратов, обеспечивающих доставку ингибитора только в опухолевые клетки. Это достигается связыванием цитотоксических антибиотиков с белками, рецепторы к которым имеются главным образом на опухолевых клетках.

К препаратам, останавливающим репликацию, относят алкилирующие агенты и ингибиторы ДНК-топоизомеразы II (одной из изоформ топоизомераз). Известно, что транскрипция некоторых генов возможна лишь при определённом уровне суперспирализации матрицы

Трансляция является хорошей мишенью для лекарств

Многие вещества обладают способностью связываться с элементами рибосом или другими факторами трансляции. Некоторые из этих веществ используются в качестве лекарственных средств, которые в состоянии действовать на разных уровнях трансляции, например:

1. Инактивация факторов инициации

интерферон активирует внутриклеточные протеинкиназы, которые, в свою очередь, фосфорилируют белковый фактор инициации ИФ-2 и подавляют его активность.

2. Нарушение кодон-антикодонового взаимодействия

стрептомицин присоединяется к малой субъединице и вызывает ошибку считывания первого основания кодона.

3. Блокада стадии элонгации

тетрациклины блокируют А-центр рибосомы и лишают ее способности связываться с аминоацил-тРНК,

левомицетин связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует пептидил-трансферазу,

эритромицин связывается с 50S-частицей рибосомы и ингибирует транслоказу,

пуромицин по структуре схож с тирозил-тРНК, входит в А-центр рибосомы и участвует в пептидил-трансферазной реакции, образуя связь с имеющимся пептидом. После этого комплекс пуромицин‑-пептид отделяется от рибосомы, что останавливает синтез белка.

Цефалоспорины оказывают бактерицидное действие, которое связано с нарушением образования клеточной стенки бактерий.

 

Вирусы и токсины также являются ингибиторами матричных синтезов.

Генетический материал вирусов невелик и представлен молекулой ДНК или РНК. После заражения начинается синтез вирусных ДНК, РНК и белков с использованием субстратов клетки. При этом в зараженной клетке прекращается собственный синтез, что приводит к гибели клетки.

Токсины

Токсин бледной поганки α-амитин ингибирует РНК-полимеразу II, катализирующую синтез мРНК.

Токсин клещевины обыкновенной – рицин (N-гликозилаза) удаляет один остаток аденина из рРНК большой субъединицы и ингибирует синтез белка. Т.к. рицин входит в состав касторового масла, то лечение им проводят короткими курсами.

 

Система интерферона (ИФН) — важнейший фактор неспецифической резистентности организма человека.

В настоящее время интерферон относят к классу индуцируемых белков клеток позвоночных. Важнейшие их функции: антивирусная, противоопухолевая, иммуномодулирующая и радиопротективная. Различают три ИФН: а-ИФН синтезируют лейкоциты периферической крови (ранее был известен как лейкоцитарный ИФН); бета-ИФН синтезируют фибробласты (ранее был известен как фибробластный ИФН); у-ИФН — продукт стимулированных Т-лимфоцитов, NK-клеток и (возможно) макрофагов (ранее был известен как иммунный ИФН).

 

По способу образования различают интерферон типа I (образуется в ответ на обработку клеток вирусами, молекулами двухцепочечной РНК, полинуклеотидами и радом низкомолекулярных природных и синтетических соединений) и ИФН типа II (продуцируется лимфоцитами и макрофагами, активированными различными индукторами; действует как цитокин). ИФН видоспецифичны. Каждый биологический вид, способный к их образованию, продуцирует свои уникальные продукты, похожие по структуре и свойствам, но не способные проявлять перекрёстный антивирусный эффект (то есть действовать в условиях организма другого вида).

 

Механизм антивирусного действия. Интерферон индуцируют «антивирусное состояние» клетки (резистентность к проникновению или блокада репродукции вирусов). Блокада репродуктивных процессов при проникновении вируса в клетку обусловлена угнетением трансляции вирусной мРНК. При этом противовирусный эффект ИФН не направлен против конкретных вирусов; то есть ИФН не обладают вирусоспецифичностью. Это объясняет их универсально широкий спектр антивирусной активности.

 

Регуляция экспрессии генов.

Теория оперона

Франсуа Жакоб и Жак Моно сформулировали теорию оперона, которая объясняет механизм контроля синтеза белков. Гены белков, функции которых в метаболических процессах тесно связаны, часто в геноме группируются вместе в структурные единицы – опероны. Согласно теории, оперонами называются участки молекулы ДНК, которые содержат информацию о группе функционально взаимосвязанных структурных белков, и регуляторную зону, контролирующую транскрипцию этих генов.Транскрипция структурных генов зависит от способности РНК-полимеразы присоединяться к промотору, расположенному на 5’- конце оперона перед структурными генами. Связывание РНК-полимеразы с промотором зависит от присутствия белка-репрессора на смежном с промотором участке, который называется оператор. Белок-репрессор синтезируется в клетке с постоянной скоростью и имеет сродство к операторному участку. Структурно участки промотора и оператора частично перекрываются, что создает препятствие для присоединения РНК-полимеразы. Большинство механизмов регуляции синтеза белков направлено на изменение скорости связывания РНК-полимеразы с промотором. При появлении индуктора (лактоза) он присоединяется к белку репрессору, изменяет его конформацию и снижает сродство к оператору. РНК-полимераза связывается с промотором и транскрибирует структурные гены. лактоза является индуктором транскрипции.

 

Снижение концентрации фермента может осуществляться путем репрессии синтеза ферментов. Репрессия синтеза ферментом конечным продуктом имеет место в случае синтеза гистидина или триптофана. Следует иметь в виду, что репрессия и индукция синтеза белков реализуется по принципу адаптации к изменяющимся условиям и клеточной экономии: синтезируются белки если есть в них потребность, при отсутствии потребности их синтеза нет.

 

В этом случае триптофан является репрессором транскрипции.

Все это было показано на бактериях. У эукариотов все происходит гораздо сложнее, однако принцип остается прежним.