وقد تم تطبيق الراديكالية القائمة على الكيمياء بيوميمتيك لبناء ما يصل المكتبات اللازمة لتطوير العلامات البيولوجية.
وقد زاد تورط الجذور الحرة في علوم الحياة باستمرار مع مرور الوقت وتم توصيله عدة عمليات الفسيولوجية والمرضية. هذا الموضوع يشمل المجالات العلمية المتنوعة، والتي تمتد من الكيمياء الفيزيائية والبيولوجية وbioorganic لعلم الأحياء والطب، مع تطبيقات لتحسين حال نوعية الحياة والصحة والشيخوخة. مهارات متعددة التخصصات المطلوبة لتحقيق كامل في العديد من جوانب عمليات جذرية في البيئة البيولوجية والكيميائية المعرفة يلعب دورا حاسما في الكشف عن العمليات الأساسية والآليات. وضعنا نهجا البيولوجيا الكيميائية قادرا على الاتصال مجانا التفاعلات الكيميائية جذرية مع العمليات البيولوجية، وتوفير معلومات عن مسارات الآلي والمنتجات. جوهر هذا النهج هو تصميم نماذج لدراسة السلوك بيوميمتيك جزيء حيوي (الدهون والأحماض النووية والبروتينات) في النظم المائية، والحصول على رد فعل من رؤى وكذلك مسارات لق بناء المكتبات الجزيئي للمنتجات التفاعل الجذور الحرة. يمكن هذا السياق استخدمت بنجاح لاكتشاف العلامات البيولوجية وترد أمثلة مع فئتين من المركبات: أحادية غير المشبعة الايزومرات من استرات الكوليسترول، وقد تم تجميعها واستخدامها كمراجع للكشف في البلازما البشرية، والبيورين 5 '،8-2-سيكلو '-deoxyribonucleosides، أعدت وتستخدم كمرجع في البروتوكول للكشف عن الآفات من هذا القبيل في عينات من الحمض النووي، بعد الإشعاعات المؤينة أو تم الحصول عليها من ظروف صحية مختلفة.
كشفت تفاعل الجذور الحرة أهميتها الهائلة للأحداث البيولوجية كثيرة، بما في ذلك الشيخوخة والالتهابات. في الوقت الحاضر، وهو أكثر وأكثر وضوحا أن هناك حاجة لتوضيح كل خطوة الكيميائية المشاركة في هذا التفاعل، من أجل فهم الآليات الكامنة واستراتيجيات فعالة تتوخى من أجل السيطرة على الجذور الحرة وإصلاح الضرر. مساهمة من الدراسات الكيميائية الأساسية، ولكن الدراسة مباشرة في البيئة البيولوجية يمكن أن يكون صعبا، لأن استعلاء من العمليات المختلفة ويعقد يشوش النظر في النتائج والاستنتاجات ذات الصلة. ولذلك، أصبحت استراتيجية النمذجة ردود فعل الجذور الحرة ذات الصلة في ظل ظروف بيولوجيا خطوة أساسية في البحث من الآليات الكيميائية في علم الأحياء.
في العقد الأخير نموا مجموعتنا نماذج العمليات الجذور الحرة في ظل ظروف بيوميمتيك. ولا سيما أننا أونvisaged التحولات ذات الصلة بيولوجيا من الأحماض الدهنية غير المشبعة، النيوكليوسيدات، والكبريت التي تحتوي على الأحماض الأمينية ووضعها في المسار الصحيح ليتم تقييمها والتحقق من صحة والمؤشرات الحيوية للحالة الصحية. 1-4
نهجنا العام يتكون من ثلاث وحدات:
اخترنا فئتين من المؤشرات الحيوية ذات الصلة لاعتماد هذا النهج: استرات الكوليسترول والبيورين 5 '،8-سيكلو-2'-deoxyribonucleosides.
تحويل طبيعيا رابطة الدول المستقلة الأحماض الدهنية غير المشبعة ذات الطابع الهندسي لأيزومرات عبر يعد نقلة متصلة مع إنتاج الإجهاد جذري في البيئة البيولوجية. الدهون غشاء الخلية التي تحتوي على الأحماض الدهنية، هي المستهدفة ذات الصلة البيولوجية للإجهاد جذرية ودرسنا أولا الذاتية ايزوميرة الفوسفورية رابطة الدول المستقلة العابر في مزارع الخلايا والحيوانات والبشر تقييم البروتوكولات التحليلية في كل حالة. 8-10 أظهرنا أن هذا التحول يمكن أن تحدث من جانب مجموعة متنوعة من المركبات المحتوية على S-، بما في ذلك thioethers، وdisulfides ثيول، والتي تحت مختلف ظروف الإجهاد المتطرف هي قادرة على توليد الجذور thiyl، أي وكيل isomerizing (الشكل 3). المثال المعروض في هذا المقال يركز على فئة من استرات الكوليسترول، والتي تمثل جزءا معروفة من دهون الدم، والمشاركة في عملية التمثيل الغذائي بشكل صارم البروتين الدهني. الربط بين استر الأحماض الدهنية وتشووbiosynthesized lesterol عن طريق نقل الأحماض الدهنية من موقع 2 من الجلسرين شاردة من فسفاتيديل إلى الكولسترول، وهي خطوة يحفزه على أسيل الليسيثين الكولسترول انزيم ترانسفيراز (LCAT). لذلك، وترتبط بشكل صارم البلازما استرات الكوليسترول مع الدهون غشاء دوران، وتحتوي على نسب عالية نسبيا من الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة (بوفا) الحالي عادة في phosphatidylcholines، أي اللينوليك والأحماض اراسيدونيك. وتشارك في تشكيل البروتين الدهني أمراض القلب والشرايين والتمثيل الغذائي. يمكن للتفاعل من استرات الكوليسترول الطبيعية مع الجذور الحرة تحدث في الروابط الثنائية من ينولييت والمخلفات arachidonate، والتي يمكن أن تتحول في المقابلة ايزومرات هندسية العابرة (انظر الشكل 1 لهياكل). توصيف محتوى استر الكوليسترول المشبعة في العينات البيولوجية من المثير للاهتمام للتنمية العلامات البيولوجية. منهجية غير مباشرة ويتكون من تحول cholesteryاسترات ل معزولة عن البلازما إلى المقابلة الدهنية حمض استرات الميثيل (FAME) والفصل الكروماتوغرافي بواسطة بروتوكولات الغاز. في هذه الحالة، يتم تنفيذ معايرة مراجع مستوى رابطة الدول المستقلة وعبر الميثيل حمض استرات الدهنية، وذلك للسماح للتحديد الكميات من المحتوى غير المشبعة في العينات. استنادا إلى الدراسات التحليلية التي أجريت على مكتبة استر الكوليسترول، اقترحنا أيضا تطبيق أسلوب يعتمد على التحليل الطيفي رامان، التي يمكن القيام بها مباشرة على جزء استر الكوليسترول معزولة عن البلازما، دون مزيد من الاشتقاق إلى FAME المقابلة (أنظر الشكلين 2 و 9). تجدر الإشارة إلى أنه حتى الآن لم يتم وصف أساليب ناجحة لرابطة الدول المستقلة وايزومرات منفصلة من الأحماض الدهنية غير المشبعة التي تحتوي على الدهون بواسطة HPLC، كما وصفها بدلا hydroperoxides استر الكوليسترول. حتى الآن، فإن الغاز الكروماتوغرافي الأسلوب غير المباشر لا تزال أفضل طريقة متاحة حتى الآن. بواسطة هذه الطريقة أول كمية evaluوقدمت أوجه للمحتوى أحادية غير المشبعة استرات الكوليسترول المستمدة من البلازما معزولة عن من المواضيع الصحية. باستخدام كاشف اللهب التأين (FID) الحد من الكشف مرضية (جزء من البليون) وتم اكتشاف كميات من المركبات nanomolar 5. يمكن مع مختلف أنظمة الكشف عن أن هذا الحد حتى خفضت. تأثير الإشعاع المؤين على استرات الكوليسترول هو مسألة إجراء المزيد من الدراسات، سواء يتم الحصول على رد خطي بالنسبة للجرعة تطبق.
كما والمثال الثاني، اخترنا النيوكليوسيدات المحورة التي يمكن أن تنتج من ضرر الجذور الحرة من الحمض النووي. جذور الهيدروكسيل (HO •) ومن المعروف أن الأكثر ضررا أنواع الاكسجين التفاعلية (ريوس) لقدرتها على التعديلات الكيميائية تسبب في الحمض النووي. قد الآفات مفردة أو متعددة تحدث على DNA، وذلك في الخلايا حقيقية النواة يقع في نواة والميتوكوندريا. تحديد وقياس فئات رئيسية من أضرار الأكسدة الناتجة لDNA تتطلب approprحلقة المكتبات الجزيئية من أجل إعداد بروتوكولات التحليلية. ركزنا اهتمامنا على الآفات أصغر جنبا إلى جنب، والتي هي البيورين 5 '،8-سيكلو-2'-deoxyribonucleosides، وجود سندات إضافية التساهمية بين القاعدة والأنصاف السكر التي أنشأتها هجوم الجذور الحرة. والمركبات هي 5 '،8-سيكلو-2'، وdeoxyadenosine 5 '،8-سيكلو-2'-deoxyguanosine القائمة في أشكال 5'R و 5'S diastereomeric (الشكل 5). قدرتها على أن تصبح حرة علامة الإجهاد المتطرف هو مسألة البحوث الأساسية .. 2 وفي الواقع، عندما يتعرض لDNA HO • التجريد الجذري من الهيدروجين موقف C5 'من السكر هي واحدة من الأحداث المحتملة التي أدت إلى تشكيل هذه الآفات جنبا إلى جنب. ويمكن قياس البيورين 5 '،8-cyclonucleosides ومجموع diastereomers من HPLC-MS/MS في هضم إنزيمي عينات من الحمض النووي المشع γ-متفاوتة 1 حتي 12 الآفات / 10 6 النيوكليوسيدات / غراي الذهاب غياب شكل من أشكال الأكسجين إلى مستوى الأكسجين الفسيولوجية لل أنان الأنسجة، فإن نسبة diastereomeric 5'R / 5 يجري ~ 4 ~ و 3 لمدة 5 "،8-cdAdo و 5 '،8-cdGuo على التوالي (الشكل 11) 11 ومن الجدير بالذكر أن العلاقة بين الجرعة الإشعاعية و 5 '،8-cdAdo و 5' ،8-cdAdo الآفات في الكشف عن الحمض النووي الخلوي أبعد ما يكون عن أن يكون مفهوما. يمكن تجربة واحدة على أساس أشعة 2kGy ذكرت في التجريبية لا تعتبر قاطعة 11 مزيد من التجارب من هذا النوع والكميات التحليلية للآفات الأربعة هي ضرورية لتحديد هذه العلاقة. الكشف عن هذه الآفات والتحولات أكثر شعبية الأكسدة (مثل 8-OXO-deoxyguanosine-2'، 8-oxodGuo) هي مسألة التحقيقات المكثفة، التي تثبت أهمية كل من الآفات أثناء عملية التمثيل الغذائي الناتج عن الأكسدة. 6،13 استخدام HPLC -MS/MS (ثلاثي رباعي) لديه حد الكشف على مقربة من 30fmol لجميع الآفات الأربعة. وادعى التحسينات الماضي لتصل إلى حدود الكشف عن مستويات attomol من الم Ù الصكشهادات خفض الانبعاثات. استنادا إلى الكتابات الحديثة جدا، 6 الإجراءات التحليلية يجب أن تتضمن تنظيف السليم للعينة والإثراء من أجل تلبية حدود الكشف عن MS / MS / MS (ايون فخ) أو المستخدم (ثلاثي رباعي) MS / MS في حالتنا.
وقد وضعت الحيوية مستوحاة من المركبات الاصطناعية الإجراءات 1-4 بدءا من 8-bromopurine المشتقات أو التحلل الضوئي تحت. 7،12 تشمل هذه الإجراءات المتطرفة سلسلة من ردود الفعل الذي يحاكي آلية الحمض النووي من التلف من تشكيل 5 '،8 cdAdo و5' ،8-cdGuo الآفات. من وجهات نظر بيولوجية، وقد وجد أن هذه الآفات تتراكم مع الشيخوخة بطريقة الأنسجة محددة (الدماغ الكبد>> الكلى)، وتوفير دليل على أن آليات إصلاح الحمض النووي ليست كافية للحفاظ على المادة الوراثية من هذه الآفات 13 والواقع أن إصلاح الختان النوكليوتيدات (NER) هو الطريق الوحيد الذي تم تحديده حاليا لإصلاح هذه الآفات .. 2
والفئة الثانيةوفاق من المركبات المبينة في الشكلين 1 و 5 غير متوفرة تجاريا في الوقت الحالي، ولكن من الاستراتيجيات الاصطناعية هو موضح في الأدب أنه لن يكون من الصعب أن تعد هذه المركبات للاستخدام التجاري.
نهج متعدد التخصصات التي تقدمها الدراسات البيولوجيا الكيميائية ليس فقط له قيمة هائلة في تحديد آليات الرواية التي تحدث في البيئة البيولوجية، لكنه يعطي أيضا إسهاما أساسيا في اكتشاف العلامات البيولوجية ووسائل التشخيص، وبذلك في نهاية المطاف الجدة في مجال الرعاية الصحية واستراتيجيات الوقاية. (14) وهناك حاجة لمساهمة الكيميائية التنمية الناجحة الطب الجزيئي، وخلق منصات متكاملة وألواح للالتنميط التمثيل الغذائي التي من المتوقع أن تسمح لترشيد الأمثل للتصميم التدخل، سواء العلاجية والغذائية، والحد من أوجه عدم اليقين والفشل عندما أنها يمكن أن تكون قابلة للتنبؤ.
The authors have nothing to disclose.
الدعم المالي من dell'Istruzione Ministero، dell'Universitá ديلا من Ricerca (نسخ م، 2009K3RH7N_002) وماري كوري البينية الأوروبية زمالة (CYCLOGUO-298555)، وكذلك رعاية العمل COST CM0603 على 'الجذور الحرة في علم الأحياء الكيميائية والعمل COST والتقدير والإمتنان على CM1201 "الكيمياء الراديكالي المحاكاة البيولوجية".
MATERIALS | |||
Cholesteryl linoleate ≥98% | Sigma-Aldrich | C0289-100 mg | |
Cholesteryl arachidonate≥95% | Sigma-Aldrich | C8753-25mg | |
2-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M6250-100 ml | |
2-propanol | Sigma-Aldrich | 34965-1L | |
Methanol 215 SpS | Romil | H409-2,5 L | |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 02860-2.5L | |
Chloroform SpS | Romil | H135 2,5 L | |
n-Hexane 95% SpS | Romil | H389 2,5 L | |
Acetonitrile 230 SpS | Romil | H047 2,5 L | |
Dichloromethane SpS | Romil | H2022,5 L | |
Carbon tetrachloride | Sigma-Aldrich | 107344-1L | |
Sodium iodide | Sigma-Aldrich | 383112-100G | |
Sodium hydrogen carbonate | Carlo Erba | 478536-500 g | |
Diethyl ether | Sigma-Aldrich | 309966-1L | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S7653-5KG | |
NaOH solid | Sigma-Aldrich | 221465-25G | |
NH4OH sol. 28%-30% | Sigma-Aldrich | 221228-1L-A | |
Acetic acid | Sigma-Aldrich | 320099-500ML | |
Ammonium Cerium(IV)sulfate dihydride | Sigma-Aldrich | 221759-100G | |
Ammonium Molybdate tetrahydrate | Sigma-Aldrich | A7302-100G | |
Sulfuric Acid 95%-98% | Sigma-Aldrich | 320501-1L | |
Silver Nitrate | Sigma-Aldrich | 209139-25G | |
Sodium sulfate anhydrous | Sigma-Aldrich | 238597-500G | |
Nuclease P-I from penicillium citrinum | Sigma-Aldrich | N8630-1VL | |
Phosphodiesterase II type I-sa | Sigma-Aldrich | P9041-10UN | |
Erythro-9-(2-hydroxy-3-nonyl)adenine, hc | Sigma-Aldrich | E114-25MG | |
Phosphatase alkaline type VII-t from*bov | Sigma-Aldrich | P6774-1KU | |
Phosphodiesterase I type VI | Sigma-Aldrich | P3134-100MG | |
Deoxyribonuclease II type IV from*porcin | Sigma-Aldrich | D4138-20KU | |
Trizma(r) base, biotechnology performanc ce | Sigma-Aldrich | T6066-100G | |
EDTA | Sigma-Aldrich | E1644-100G | |
Succinic acid bioxtra | Sigma-Aldrich | S3674-250G | |
Calcium chloride | Sigma-Aldrich | C5670-100G | |
Formic acid, 98 % | Sigma-Aldrich | 06440-100ML | |
Amicon Ultra-0.5 Centrifugal Filter Unit with Ultracel-3 membrane | Millipore | UFC500324 | |
8-Bromo-2′-deoxyguanosine | Berry & Associates | PR3290-1 g | |
8-Bromo-2′-deoxyadenosine | Berry & Associates | PR3300-1 g | |
Sodium iodide | Sigma-Aldrich | 383112-100G | |
Sodium hydrogen carbonate | Carlo Erba | 478536-500 g | |
2′-deoxyguanosine:H2O (U-15N5, 96-98%) | Cambridge Isotope Laboratories, Inc | CILNLM-3899-CA-0.1 | |
2′-deoxyadenosine (U-15N5, 98%) 95%+ CHEMICAL PURITY | Cambridge Isotope Laboratories, Inc | CILNLM-3895-0.1 | |
Nitrous oxide (N2O) | Air Liquide | ||
Deoxyribonucleic acid from calf thymus | Sigma Aldrich | D4522-5MG | |
EQUIPMENT | |||
60Co-Gammacell | AECL- Canada | 220 | |
Immersion well reaction medium pressure 125 watts | Photochemical reactors ltd | Model 3010 | |
Evaporating flask 250 ml | Heidolph | P/N NS 29/32 514-72000-00 | |
Luna 5 μm C18(2) 100 Å, LC Column 250 x 4.6 mm | Phenomenex | 00A-4252-E0 | |
Alltima C8 Column 250 x 10 mm 5 μm | Grace | 88081 | Semipreparative |
SecurityGuard Kit | Phenomenex | KJ0-4282 | Analytical holder kit and accessories |
Holder for 10.0 mm ID cartridges | Phenomenex | AJ0-7220 | Semipreparative holder |
10.0 mm ID cartridges | Phenomenex | AJ0-7221 | |
High-performance liquid chromatography (HPLC) | Agilent | 1100 | |
LC/MS/MS | Applied Biosystems | 4000QTRAP System | |
Tandem mass ESI spectrometer | (Bruker Daltonics) | Esquire 3000 plus | |
Vial 2-4 ml | SUPELCO | Cod 27516 | |
Vial 4 ml | SUPELCO | Cod 27517 |