Пиллар[5]арен-индуцированная конденсация нуклеиновых кислот как способ компактизации ДНК и модель для изучения физико-химических свойств безмембранных органелл тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Скворцова Полина Владимировна

• Скворцова Полина Владимировна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Скворцова Полина Владимировна

Список сокращений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Организация и хранение генетической информации в клетке

1.1.1 Структура молекул ДНК

1.1.2 Конденсация ДНК

1.2 Доставка нуклеиновых кислот в клетки

1.2.1 Бактериальная трансформация

1.3 Макроциклические платформы для конденсации ДНК

1.4 Пиллар[п]арены

1.5 Взаимодействие поливалентных молекул

1.6 Структурные методы исследования межмолекулярных комплексов

1.6.1 ЯМР спектроскопия высокого разрешения

1.6.2 Молекулярный докинг

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Основные методы исследования

2.2.1 ЯМР спектроскопия

2.2.2 Молекулярный докинг

2.3 Дополнительные методы исследования

Глава 3. Взаимодействие катионных производных пиллар[5]арена с ДНК

3.1 Образование комплекса с олигонуклеотидом ДНК

3.2 Разделение фаз жидкость-жидкость

3.3 Компактизация плазмидной ДНК и доставка генов

3.4 Мембранотропные свойства пиллар[5]арена

Заключение и выводы

Список литературы

Список авторских публикаций по теме диссертации

Приложение

Список сокращений

АСМ - атомно-силовая микроскопия ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота ДПФХ - дипальмитоилфосфадитилхолин ДСН - додецилсульфат натрия

ККМ - критическая концентрация мицеллообразования

КСД - коэффициент самодиффузии

м. д. - миллионная доля

ПАВ - поверхностно-активные вещества

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия

ССИ - спад свободной индукции

х. с. - химический сдвиг

ФП - фазовый переход

ЯМР - ядерный магнитный резонанс

ЯЭО - ядерный эффект Оверхаузера

ONu - олигонуклеотид

LLPS - liquid-liquid phase separation (разделение фаз жидкость-жидкость)

ONu-h - олигонуклеотид в конформации шпилька

ONu-2s - олигонуклеотид в конформации двухцепочечной спирали

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пиллар[5]арен-индуцированная конденсация нуклеиновых кислот как способ компактизации ДНК и модель для изучения физико-химических свойств безмембранных органелл»

Актуальность темы исследования

Нуклеиновые кислоты имеют множество биомедицинских и терапевтических применений, от получения белков in vitro до генной терапии in vivo [1]. Терапевтические препараты на основе рекомбинантных белков, включая антитела, гормоны, интерлейкины и интерфероны [2], широко используются в современной медицине для лечения таких заболеваний, как диабет, анемия, гепатит и рак [3-7].

Генетический материал доставляется в клетки с помощью носителя, называемого вектором. Существует два класса векторов: вирусные и невирусные. Применение вирусных векторов для генной терапии человека затруднено их высокой иммуногенностью и потенциальной онкогенностью. Невирусные векторы, такие как плазмидная дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) в свободном состоянии, как правило, доставляются в клетки с низкой эффективностью. Разработка систем для доставки генов в клетки эукариот (трансфекции) и прокариот (трансформации) основывается на компактизации или конденсации ДНК для облегчения прохождения молекул через мембраны и защиты от разрушения. Большая часть молекул ДНК in vivo также находится в частично сконденсированном состоянии, в том числе в составе безмембранных органелл. Конденсация в клетках происходит при взаимодействии полианионной ДНК с поликатионами, такими, как гистоны в клетках эукариот или полиамины в клетках прокариот.

Синтетические системы компактизации ДНК часто включают макроциклические соединения, такие, как кукурбитурилы [8], циклодекстрины и каликс[п]арены [9]. Относительно новым классом макроциклических соединений, перспективным для биомедицинского применения, являются пиллар[п]арены. Их преимущество перед остальными макроциклическими соединениями заключается в легком синтезе, уникальной форме, универсальной функциональности и хорошей водорастворимости [10]. Также известно, что пиллар[п]арены способны к

образованию комплексов как с заряженными, так и с нейтральными молекулами [11,12].

Для изучения комплексообразования молекул часто применяется комбинированный подход с использованием методов спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) высокого разрешения и молекулярного докинга [1325]. Однако для описания макроскопических биофизических свойств комплексов лигандов с биомакромолекулами и получения наиболее полной характеристики биоактивности исследуемых соединений полезно использовать дополнительные методы исследования, такие, как различные виды микроскопии и оптической спектроскопии.

Таким образом, целью работы являлось получение структурной информации об особенностях взаимодействия катионных производных пиллар[5]арена с ДНК и оценка перспективности их использования в качестве средства доставки генов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Методами ЯМР-спектроскопии высокого разрешения, ЯМР диффузометрии и компьютерного моделирования исследовать образование комплекса 4,8,14Д8,23,26,28,31,32,35-дека-[(№(2',2',2'-триэтиламиноэтил) -карбамоилметокси]-пиллар[5]арена с палиндромным декамером ДНК. На основании измерения ядерных эффектов Оверхаузера (ЯЭО) получить интерфейс связывания пиллар[5]арена с ДНК.

2. Охарактеризовать взаимодействие пиллар[5]арена с моделями мембраны.

3. Оценить влияние катионных производных пиллар[5]арена на морфологические свойства плазмидной ДНК и эффективность ее доставки в клетки прокариот.

Научная новизна работы:

1. Показано образование комплекса катионной производной пиллар[5]арена с палиндромным декамером ДНК.

2. Показана компактизация плазмидной ДНК пилллар[5]ареном, вызывающая увеличение эффективности бактериальной трансформации.

3. Впервые показано, что взаимодействие пиллар[5]арена с олигонуклеотидом ДНК приводит к разделению фаз жидкость-жидкость и образованию биомолекулярных конденсатов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Катионные производные пиллар[5]арена (4,8,14,18,23,26,28,31,32,35-дека- [(N-(2 ',2',2' -триэтиламиноэтил) -карбамоилметокси] -пиллар[5] арен с противоионами йода и хлора) взаимодействуют с анионной ДНК посредством электростатического взаимодействия. В образовании комплекса с одной молекулой олигонуклеотида участвуют четыре-пять катионных групп пиллар[5]арена из десяти.

2. Свободные пять-шесть катионных групп пиллар[5]арена способны взаимодействовать с другой молекулой ДНК или другим участком высокомолекулярной ДНК, что приводит к ее конденсации:

• В смеси пиллар[5]арена с олигонуклеотидом ДНК происходит фазовое разделение жидкость-жидкость.

• Пиллар[5]арен компактизирует плазмидную ДНК.

3. Исследованные производные пиллар[5]арена обладают мембранотропными свойствами и могут встраиваться в липидный бислой.

4. Пиллар[5]арен увеличивает эффективность бактериальной транформации и может использоваться в качестве средства доставки генов благодаря сочетанию мембранотропности и способности компактизировать ДНК.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Показанное в работе увеличение эффективности бактериальной трансформации в присутствии пиллар[5]арена может быть использовано в биотехнологических целях, например, для увеличения эффективности получения рекомбинантных белков.

2. В растворах, содержащих пиллар[5]арен и олигонуклеотид ДНК при определенных концентрациях компонент наблюдается разделение фаз жидкость-жидкость - образование отдельной жидкой фазы, богатой

макромолекулами. Образующиеся в результате капли биомолекулярного

конденсата могут быть использованы в качестве систем, моделирующих

безмембранные органеллы.

Методология и методы исследования:

В работе использовался комплексный подход к исследованию взаимодействия пиллар[5]арена с объектами различного масштаба на основе современных методов биофизики. Комплексообразование пиллар[5]арена с наиболее простыми моделями мембраны и ДНК было исследовано методами ЯMР спектроскопии высокого разрешения на спектрометре Bruker Avance III 600 MT^ Mодель комплекса пиллар[5]арена с олигонуклеотидом ДНК была получена методами компьютерного моделирования.

Для исследования взаимодействия с более крупными объектами, такими, как липосомы или плазмидная ДНК, использовались дополнительные методы: оптическая, атомно-силовая и электронная микроскопия, оптическая спектроскопия.

Объекты исследования:

• 4,8,14,18,23,26,28,31,32,35-дека- [(N-(2 ',2',2' -триэтиламиноэтил) -карбамоилметокси]-пиллар[5]арен с противоионами йода и хлора

• палиндромный олигонуклеотид ДНК (GCGAATTCGC)

• кольцевая плазмида pEGFP-N1 (4733 bp)

• мицеллы додецилсульфата натрия (ДСН)

• липосомы дипальмитоилфосфатидилхолина (ДПФХ)

• клетки бактерий E. coli Nova Blue

Личный вклад автора заключался в участии в определении целей и задач исследования, проведении, обработке и интерпретации результатов экспериментов, написании статей по теме исследования и представлении результатов на российских и международных конференциях.

Катионные производные пиллар[5]арена были синтезированы в Химическом институте им. А. M. Бутлерова КФУ группой под руководством д. х. н. профессора Стойкова И. И. АСM изображения были получены в Химическом институте им.

А. М. Бутлерова КФУ к. х. н. Зиганшиной С. А. ПЭМ изображения были получены в Междисциплинарном центре «Аналитическая микроскопия» КФУ Евтюгиным В. Г.

Диссертация соответствует направлениям исследований по специальности 1.5.2. Биофизика (физико-математические науки): 3 - Молекулярная биофизика: физика белка; физика нуклеиновых кислот; физика биологических мембран, физические основы молекулярной биологии; 4 - Биофизика клетки: биофизика мембран; биофизика ионных каналов, рецепторов и насосов; биоэнергетика.

Апробация работы. Работа выполнена в лаборатории биофизической химии наносистем Казанского института биохимии и биофизики ФИЦ «Казанский научный центр» в рамках темы государственного задания ФИЦ КазНЦ РАН «Биомакромолекулы и биорегуляторы: биосинтез, структура, механизмы внутриклеточной сигнализации и межклеточных взаимодействий. Биоконверсия и создание инновационных продуктов на основе биополимеров из растительного сырья» (№ гос. регистрации АААА-А18-118022790083-9), грантов Российского Фонда Фундаментальных Исследований, проект № 17-03-00858 и Российского Научного Фонда, проект № 23-23-00632.

Материалы диссертационной работы были представлены на Итоговой студенческой научной конференции Института Физики 2016-2017 учебного года (2017), Международной научной конференции по биоорганической химии «XII чтения памяти академика Юрия Анатольевича Овчинникова» (2017), XII международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы биологической физики и химии» (2017), Kazan Precision Medicine Workshop (2018), International conference «Modern development of magnetic resonance» (2018), Объединенной XXV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам и международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2018» (2018), Школе-конференции для молодых ученых «Супрамолекулярные стратегии в химии, биологии и медицине: фундаментальные проблемы и перспективы» (2019), International Conference "Magnetic Resonance - Current State and Future Perspectives" and satellite XXI

International Youth Scientific School "Actual problems of magnetic resonance and its application" (2019), XXXI зимней молодежной научной школе «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (2019), International School-Conference Magnetic resonance and its applications (2021, 2024).

По материалам диссертации опубликовано 13 работ, из них 3 - в журналах, рекомендованных ВАК для соискателей ученых степеней, 10 - в сборниках материалов российских и международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы из 187 наименований, списка публикаций автора по теме диссертационной работы и приложения. Работа изложена на 130 страницах, содержит 52 рисунка и 2 таблицы.

Благодарности.

Автор выражает благодарность научному руководителю к. ф. -м. н. Хайрутдинову Булату Имамутдиновичу за постановку задачи, руководство и наставничество. Коллективу и заведующему лабораторией биофизической химии наносистем Казанского института биохимии и биофизики д. х. н. профессору Зуеву Юрию Федоровичу за ценные советы и поддержку на протяжении времени выполнения работы. Д. х. н. профессору Ивану Ивановичу Стойкову и к. х. н. Дмитрию Николаевичу Шурпику за предоставленные объекты и участие в обсуждении результатов исследования.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Организация и хранение генетической информации в клетке

Основной структурно-функциональной единицей строения любого организма является клетка: система, образованная за счет разделения мембраной двух водных фаз. Клеточная мембрана представляет собой полупроницаемый барьер, состоящий в основном из белков, липидов и углеводов. Внутренняя часть клетки содержит цитоплазму с находящимися в ней органеллами, а также генетическую информацию в виде молекул ДНК.

Хотя клетки разных организмов гомологичны по своему строению и функциям, их можно разделить на два надцарства: прокариоты - более простые и древние клетки, не имеющие оформленного ядра, и эукариоты - более сложные клетки, имеющие отделенное от цитоплазмы ядерной оболочкой ядро (рисунок 1).

Прокариоты | Эукариоты

Плазматическая

Органеллы

Рисунок 1 - Схематическое изображение основных структурных элементов клеток прокариот и

эукариот

Важную роль в функционировании клеток играет пространственное разделение компонентов клетки и одновременная организация множества химических реакций, зачастую требующих разных условий. Одним из способов достижения регуляции биохимических процессов является пространственное изменение локализации и концентрации взаимодействующих молекул [26]. Это достигается, в частности, путем образования в клетке сложной системы органелл. Органеллы представляют собой отделенные от окружающей цитоплазмы отсеки, в которых создаются уникальные условия (такие как рН, концентрации биомакромолекул, ионов или других веществ). В то же время молекулы внутри отсеков могут свободно диффундировать для протекания химических реакций [27].

Органеллы часто бывают отделены от окружающей цитоплазмы мембраной, которая действует как физическая граница органеллы. Примерами мембранных органелл являются митохондрии [28], лизосомы [29] и аппарат Гольджи [30]. Наличие четкой физической границы (мембраны) усложняет процесс обмена с окружающей средой. Обычно мембраны непроницаемы для большинства биологических молекул. Таким образом, внутренняя и внешняя части мембранных органелл физически разделены, и их состав регулируется с помощью специализированных механизмов мембранного транспорта, таких как молекулы-переносчики или трансмембранные каналы [31,32]. Однако, не все органеллы ограничены мембраной.

Первая безмембранная органелла была обнаружена в ядре нервных клеток в 1830-х годах и названа ядрышком [33]. С тех пор множество таких органелл были обнаружены в ядре, цитоплазме и на мембранах практически всех эукариот [34]. Недавно безмембранные органеллы были обнаружены и в бактериальных клетках [35,36]. Также в качестве примеров безмембранных органелл могут выступать центросомы [37], тельца Кахаля [38], стрессовые гранулы [39] и Р-гранулы [40].

Безмембранные органеллы могут включать широкий спектр белков (часто внутренне неупорядоченных) и нуклеиновых кислот [41-45] и разнообразны по физическим свойствам и функциям. Они участвуют в различных процессах, включая метаболизм РНК, биогенез рибосом, реакцию на повреждение ДНК и

передачу сигнала. Кроме того, они могут защищать клетки от повреждающих действий, таких как протеолиз, несоответствующие ковалентные модификации и эффекты низкого рН [26].

В настоящее время считается, что безмембранные органеллы формируются в результате фазового разделения жидкость-жидкость и обладают жидкоподобными свойствами [46]. Разделение фаз жидкость-жидкость представляет собой динамический и обратимый процесс, посредством которого молекулы образуют супрамолекулярные структуры за счет неспецифических поливалентных взаимодействий. Результатом этого процесса является образование как минимум двух различных жидких фаз: плотной фазы, обогащенной биомолекулами (биомолекулярного конденсата), и окружающей ее разбавленной фазы. Разделение фаз происходит только после превышения специфического для системы порогового значения концентрации участвующих биомолекул [47]. Модификация макромолекул, изменение температуры или ионной силы раствора существенно влияет на значение критической концентрации, необходимой для фазового разделения. Таким образом, безмембранные органеллы способны при изменении внешних условий обратимо собираться и разбираться. Эта концепция поддерживается работой над различными системами, включая синтетические повторяющиеся белковые домены [48], внутренне неупорядоченные белковые домены [49], ДНК и химические молекулы [50].

Хотя процесс фазового разделения жидкость-жидкость играет важную роль в нормальном функционировании клеток, он также может участвовать в течении патологических процессов. В частности, было обнаружено, что многочисленные белки, которые образуют токсичные агрегаты при нейродегенеративных заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз, лобно-височная долевая дегенерация и болезнь Альцгеймера, склонны к фазовому разделению [5153]. Можно предположить, что существует связь между нарушениями протекания фазового разделения жидкость-жидкость и патогенными процессами при этих расстройствах [54].

Многие безмембранные органеллы обогащены поливалентными молекулами [48,55,56]. Поливалентные молекулы могут одновременно взаимодействовать с несколькими другими молекулами одного типа. В таком случае структурная валентность молекулы - это количество центров взаимодействия. Для электростатического взаимодействия заряженных молекул такие центры могут быть представлены точками локализации заряда. Взаимодействующие поливалентные молекулы могут образовывать супрамолекулярные ансамбли или полимеры [57]. Такое поведение будет способствовать разделению фаз жидкость-жидкость [26].

Ярким примером поливалентной биомолекулы является отрицательно заряженная ДНК.

1.1.1 Структура молекул ДНК

ДНК играет решающую роль во всех живых организмах как ключевая молекула, отвечающая за хранение, дублирование и реализацию генетической информации. ДНК представляет собой гетерополимер, состоящий из сахара, называемого дезоксирибозой, фосфатной группы и остатков (нуклеотидов) четырех типов: аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц) (рисунок). Последовательности двух нитей двойной спирали подчиняются принципу комплементарности (рисунок 2). Нуклеотиды из разных цепей связываются посредством образования водородных связей, причем аденин всегда образует пару с тимином, а гуанин с цитозином.

Кроме водородных связей структура ДНК также стабилизируется межплоскостными взаимодействиями оснований (стэкинг-взаимодействиями). Каждая комплементарная пара нуклеотидов поворачивается относительно предыдущей, образовывая двойную спираль [58].

Рисунок 2 - Химическая структура молекулы ДНК и комплементарные пары оснований

Уотсона-Крика

Несмотря на огромную многогранность живых существ и, соответственно, изменчивость генетической информации, которую несут молекулы ДНК в разных организмах, все они имеют практически одинаковую пространственную структуру: спиральную В-форму, открытую Уотсоном и Криком [59]. Для В-формы ДНК спираль правосторонняя с 10 парами оснований на виток с шагом 3,46 нм. Пары оснований изоморфны: расстояния между гликозидными связями практически одинаковы для пар А-Т и Г-Ц. Из-за этого изоморфизма правильная двойная спираль формируется для произвольной последовательности нуклеотидов без ограничений.

Считается, что физиологическим условиям соответствует В-форма ДНК. Однако ДНК может находиться в разных конформациях в зависимости от внешних условий (влажность кристаллов, соль ДНК, взаимодействие с белками) [60].

Подобно В-форме ДНК, А-форма может быть принята произвольной последовательностью нуклеотидов. В А-ДНК цепи образуют правостороннюю спираль с 11 парами оснований на виток с шагом 2,82 нм. Плоскости пар оснований

составляют значительный угол с осью двойной спирали, при этом смещаясь от центра дуплекса и образуя в центре пустой канал (рисунок 3).

Рисунок 3 - Примеры молекул ДНК B-формы и A-формы

Z-ДНК представляет собой наиболее отличную от В-формы ДНК конформацию. Хотя в Ъ-ДНК комплементарные цепи антипараллельны, как и в В-ДНК, однако они образуют левые спирали с 12 парами на виток, а не правые спирали. Есть много других существенных различий между Ъ-формой и В-формой ДНК [61]. Не всякая последовательность может принять Ъ форму: необходимо регулярное чередование пуринов и пиримидинов вдоль одной цепи. Для любой

конформации ДНК, кроме /-формы, характерно наличие большой и малой бороздки на поверхности спирали.

Многие особенности двойной спирали ДНК способствуют ее большой жесткости, в том числе механические свойства сахаро-фосфатного остова, электростатическое отталкивание между фосфатами, стекинг взаимодействий между основаниями каждой отдельной нити и взаимодействия между нитями. ДНК - один из самых жестких природных полимеров, но при этом одна из самых длинных молекул. Поэтому, не смотря на то, что на коротких участках ДНК можно рассматривать как жесткий стержень, на длинных участках молекулы ДНК обладают значительной гибкостью [62].

1.1.2 Конденсация ДНК

Большая часть ДНК эукариот заключена в ядре, средний диаметр которого у млекопитающих составляет ~6 мкм [62]. При этом геном человека содержит около 3-х миллиардов пар оснований составляющих 23 хромосомы [63]. Каждая хромосома содержит от нескольких десятков до нескольких сотен миллионов пар нуклеотидов, соответственно длина молекул хромосомной ДНК составляет несколько сантиметров. Таким образом, хромосомы представляют собой протяженные линейные молекулы ДНК, конденсированные упаковочными белками в концентрированное, компактное состояние, занимающее часть доступного объема [64]. Наиболее изученные структурные белки хромосом - это гистоны, присутствующие только в эукариотическвх клетках. Гистоны представляют собой относительно небольшие белки с очень высоким содержанием положительно заряженных аминокислот (лизина и аргинина). Суммарный положительный заряд позволяет им прочно связываться с ДНК независимо от ее нуклеотидного состава [62].

Бактериальная ДНК компактизируется с помощью полиаминов и белков, называемых нуклеоид-ассоциированными белками. Ассоциированная с белками ДНК занимает около 1/4 внутриклеточного объема, образуя концентрированную

вязкую фазу с жидкокристаллическими свойствами, называемую нуклеоидом. Также в бактериях находятся плазмиды - небольшие молекулы ДНК, способные к автономной репликации. Чаще всего плазмиды представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы. Размеры плазмид варьируют от менее чем 1 тысячи до 400—600 тысяч пар оснований. В природе плазмиды обычно содержат гены, придающие содержащим их бактериям некоторые фенотипические признаки, такие как устойчивость к антибиотикам. Нередко они могут передаваться от одной бактерии к другой того же вида, рода, семейства и даже между клетками бактерий и растений, являясь таким образом средством горизонтального переноса генов.

Существует три классических механизма передачи генов: трансформация, трансдукция и конъюгация. Трансформация происходит при поглощении клеткой свободной ДНК из окружающей среды, трансдукция опосредуется вирусом и конъюгация происходит посредством прямого контакта бактериальных клеток [65]. В современной молекулярной биологии трансформация бактерий используется для клонирования ДНК и получения белков. Благодаря способности плазмид к репликации и транскрипции обеспечивается возможность клонирования ДНК и синтеза целевого белка в клетке-хозяине [66]. Например, именно таким образом в настоящее время получают инсулин [67].

1.2 Доставка нуклеиновых кислот в клетки

Доставка нуклеиновых кислот - это процесс введения чужеродной ДНК или РНК в клетки. Контролируемая и эффективная доставка нуклеиновых кислот необходима как для проведения фундаментальных исследований, так и для биомедицинских приложений [68-70]. Для доставки генетической информации используются плазмиды - линейные или кольцевые молекулы ДНК или РНК из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Плазмида должна содержать целевой ген и его промотор, а также различные регуляторные и сигнальные последовательности, необходимые для синтеза целевого белка. «Голые» ДНК и РНК характеризуются низкой эффективностью трансфекции или трансформации клеток из-за их

разрушения нуклеазами в биологических средах, а также сложностью прохождения через различные клеточные барьеры [71-73]. Для успешного внедрения ДНК в клетку-мишень молекула должна связаться с клеткой, затем пересечь клеточную мембрану и, в случае эукариот, проникнуть в ядро. Следовательно, увеличение эффективности доставки может быть достигнуто с помощью специально разработанных носителей нуклеиновых кислот, защищающих и компактизирующих полинуклеотид.

Вирусы способны осуществлять эффективную доставку ДНК, однако обладают внутренней иммуногенностью, дороги в производстве и имеют ограничения на размер транспонированного полинуклеотида [74,75]. Наиболее традиционные невирусные векторы основаны на катионных липидах и полимерах [76]. Также были предложены системы доставки нуклеиновых кислот на основе дендримеров [77,78], наночастиц золота [79] и полимерных наночастиц [80-83]. Макроциклические молекулы, такие как краун-эфиры [84], циклодекстрины [8588], кукурбитурилы [89-91] и каликсарены [92,93] также могут выступать в качестве основы системы доставки ДНК/РНК [94].

1.2.1 Бактериальная трансформация

Бактериальная трансформация — это основной метод молекулярного клонирования для получения множественных копий рекомбинантной молекулы ДНК. Бактериальная трансформация — это процесс, в котором чужеродная ДНК вводится в бактериальные клетки, что приводит к приобретению новых генетических признаков. Этот процесс широко используется в молекулярной биологии, генной инженерии и биотехнологии для клонирования, экспрессии и исследования функций генов. Однако эффективность трансформации часто ограничена множеством факторов, включая механизмы клеточной мембраны и барьерные свойства клеточных стенок.

Существую два основных способа трансформации бактерий: электропорацией или тепловым шоком. Метод трансформации тепловым шоком

также известен как химическая трансформация. Для трансформации тепловым шоком клетки инкубируются в хлориде кальщия, что делает клеточную мембрану более проницаемой [95,96]. Для дальнейшего увеличения эффективности трансформации в систему могут быть добавлены другие катионы и реагенты [97]. Выбор методики в каждом случае зависит от области применения, желаемой эффективности трансформации, экспериментальных целей и доступных ресурсов. Одним из ключевых параметров является выбор клеточной культуры, так как разные факторы оказывают разное влияние на эффективность трансформации различных штаммов [98]. Опосредованная компактизирующими агентами трансформация бактериальных клеток получила гораздо меньше внимания по сравнению с трансфекцией эукариотических клеток, что в совокупности с многофакторным влиянием условий эксперимента на эффективность трансформации препятствует глубокому анализу и сравнению литературных данных. Однако, в литературе встречаются примеры влияния различных агентов на эффективность трансформации бактерий E. coli. Например, алкилтрифенилфосфониевые поверхностно-активные вещества, способные к образованию комплексов с олигонуклеотдом ДНК незначительно увеличивают эффектривность трансформации при низких концентрациях и способны ингибировать трансформацию при относительно высоких [99]. Наночастицы серебра показали увеличение эффективности трансформации до 4 раз по сравнению с традиционным методом с использованием хлорида кальция [100]. Опосредованная пептидом трансформация большой плазмидной ДНК показала увеличение эффективности до 7 раз по сравнению со стандартной процедурой [101].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Скворцова Полина Владимировна, 2025 год

Список литературы

1. Seow Y. Biological Gene Delivery Vehicles: Beyond Viral Vectors / Y. Seow, M.J. Wood // Molecular Therapy. - 2009. - Vol. 17, - № 5. - P. 767-777.

2. Walsh G. Biopharmaceutical benchmarks 2018 // Nat Biotechnol. - 2018.

- Vol. 36, - № 12. - P. 1136-1145.

3. Antigen-loaded nanocarriers enhance the migration of stimulated Langerhans cells to draining lymph nodes and induce effective transcutaneous immunization / N. Li et al. // Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine.

- 2014. - Vol. 10, - № 1. - P. 215-223.

4. Genetically-manipulated adult stem cells as therapeutic agents and gene delivery vehicle for wound repair and regeneration / L.-H. Peng et al. // Journal of Controlled Release. - 2012. - Vol. 157, - № 3. - P. 321-330.

5. Engineering bacterial outer membrane vesicles as transdermal nanoplatforms for photo-TRAIL-programmed therapy against melanoma / L.-H. Peng et al. // Sci. Adv. - 2020. - Vol .6, - № 27. - P. eaba2735.

6. Xu J. On the way to commercializing plant cell culture platform for biopharmaceuticals: present status and prospect / J. Xu, N. Zhang // Pharmaceutical Bioprocessing. - 2014. - Vol. 2, - № 6. - P. 499-518.

7. Gene delivery strategies for therapeutic proteins production in plants: Emerging opportunities and challenges / L.-H. Peng et al. // Biotechnology Advances.

- 2022. - Vol. 54. - P. 107845.

8. Galactosylated cucurbituril-inclusion polyplex for hepatocyte-targeted gene delivery / S. K. Kim et al. // Chem. Commun. - 2010. - Vol. 46, - № 5. - P. 692-694.

9. Cyclodextrin- and calixarene-based polycationic amphiphiles as gene delivery systems: a structure-activity relationship study / L. Gallego-Yerga et al. // Org. Biomol. Chem. - 2015. - Vol. 13, - № 6. - P. 1708-1723.

10. Ogoshi T. Pillar-Shaped Macrocyclic Hosts Pillar[ n ]arenes: New Key Players for Supramolecular Chemistry / T. Ogoshi, T. Yamagishi, Y. Nakamoto // Chem. Rev. - 2016. - Vol. 116, - № 14. - P. 7937-8002.

11. Cao D. H. Pillar[n]arenes—a Novel, Highly Promising Class of Macrocyclic Host Molecules / D. Cao, H. Meier // Asian Journal of Organic Chemistry. - 2014. - Vol. 3, - № 3. - P. 244-262.

12. Novel neutral guest recognition and interpenetrated complex formation from pillar[5]arenes / C. Li et al. // Chem. Commun. - 2011. - Vol. 47, - № 40. - P. 11294.

13. Molecular Dynamics Docking Driven by NMR-Derived Restraints to Determine the Structure of the Calicheamicin y1I Oligosaccharide Domain Complexed to Duplex DNA / J. A. Smith et al. // Magn. Reson. Chem. - 1996. - Vol. 34, - № 13. -P. S147-S155.

14. Knegtel R. M. A. Molecular docking to ensembles of protein structures / R. M. A. Knegtel, I. D. Kuntz, C. M. Oshiro // Journal of Molecular Biology. - 1997. -Vol. 266, - № 2. - P. 424-440.

15. New general approach for determining the solution structure of a ligand bound weakly to a receptor: structure of a fibrinogen A?-like peptide bound to thrombin(S195A) obtained using NOE distance constraints and an ECEPP/3 flexible docking program / M. C. Maurer et al. // Proteins. - 1999. - Vol. 34, - № 1. - P. 29-48.

16. Structural Model of the Fe-Hydrogenase/Cytochromec 553 Complex Combining Transverse Relaxation-optimized Spectroscopy Experiments and Soft Docking Calculations / X. Morelli et al. // Journal of Biological Chemistry. - 2000. - Vol. 275, - № 30. - P. 23204-23210.

17. A novel approach for assesing macromolecular complexes combining soft-docking calculations with NMR data / X. J. Morelli et al. // Protein Sci. - 2001. - Vol. 10, - № 10. - P. 2131-2137.

18. Structure prediction of protein complexes by an NMR-based protein docking algorithm / O. Kohlbacher et al. // Journal of Biomolecular NMR. - 2001. - Vol. 20, - № 1. - P. 15-21.

19. Heteronuclear NMR and Soft Docking: An Experimental Approach for a Structural Model of the Cytochrome c 553 -Ferredoxin Complex / X. Morelli et al. // Biochemistry. - 2000. - Vol. 39, - № 10. - P. 2530-2537.

20. The atypical iron-coordination geometry of cytochrome f remains unchanged upon binding to plastocyanin, as inferred by XAS / I. Diaz-Moreno et al. // Photosynth Res. - 2006. - Vol. 90, - № 1. - P. 23-28.

21. Huang S.-Y. Ensemble docking of multiple protein structures: Considering protein structural variations in molecular docking / S.-Y. Huang, X. Zou // Proteins. -2006. - Vol. 66, - № 2. - P. 399-421.

22. An NMR-based scoring function improves the accuracy of binding pose predictions by docking by two orders of magnitude / J. Orts et al. // J Biomol NMR. -2012. - Vol. 52, - № 1. - P. 23-30.

23. Stark J. L. Application of NMR and Molecular Docking in Structure-Based Drug Discovery / J. L. Stark, R. Powers // NMR of Proteins and Small Biomolecules -2011. - Vol. 326. - P. 1-34.

24. Molecular docking and NMR binding studies to identify novel inhibitors of human phosphomevalonate kinase / P. Boonsri et al. // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 2013. - Vol. 430, - № 1. - P. 313-319.

25. Accounting for Conformational Variability in Protein-Ligand Docking with NMR-Guided Rescoring / L. Skj^rven et al. // J. Am. Chem. Soc. - 2013. - Vol. 135, -№ 15. - P. 5819-5827.

26. Biomolecular condensates: organizers of cellular biochemistry / S. F. Banani et al. // Nat Rev Mol Cell Biol. - 2017. - Vol. 18, - № 5. - P. 285-298.

27. Hyman A. A. Liquid-Liquid Phase Separation in Biology / A. A. Hyman, C. A. Weber, F. Jülicher // Annu. Rev. Cell Dev. Biol. - 2014. - Vol. 30, - № 1. - P. 3958.

28. Friedman J. R. Mitochondrial form and function / J. R. Friedman, J. Nunnari // Nature. - 2014. - Vol. 505, - № 7483. - P. 335-343.

29. Luzio J. P. Lysosomes: fusion and function / J. P. Luzio, P. R. Pryor, N. A. Bright // Nat Rev Mol Cell Biol. - 2007. - Vol. 8, - № 8. - P. 622-632.

30. Farquhar M. G. The Golgi apparatus: 100 years of progress and controversy / M. G. Farquhar, G. E. Palade // Trends in Cell Biology. - 1998. - Vol. 8, - № 1. - P. 210.

31. Carafoli E. Calcium pumps: structural basis for and mechanism of calcium transmembrane transport // Current Opinion in Chemical Biology. - 2000. - Vol. 4, - № 2. - P. 152-161.

32. Davis J. T. Recent advances in the transmembrane transport of anions / J. T. Davis, O. Okunola, R. Quesada // Chem. Soc. Rev. - 2010. - Vol. 39, - № 10. - P. 3843.

33. Pederson T. The Nucleolus // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. -2011. - Vol. 3, - № 3. - P. a000638-a000638.

34. Liquid-liquid phase separation and extracellular multivalent interactions in the tale of galectin-3 / Y.-P. Chiu et al. // Nat Commun. - 2020. - Vol. 11, - № 1. - P. 1229.

35. Clusters of bacterial RNA polymerase are biomolecular condensates that assemble through liquid-liquid phase separation / A.-M. Ladouceur et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 2020. - Vol. 117, - № 31. - P. 18540-18549.

36. Nandana V. Roles of liquid-liquid phase separation in bacterial RNA metabolism / J.M. V. Nandana, Schrader // Current Opinion in Microbiology. - 2021. -Vol. 61. - P. 91-98.

37. Mahen R. Pattern formation in centrosome assembly / R. Mahen, A.R. Venkitaraman // Current Opinion in Cell Biology. - 2012. - Vol. 24, - № 1. - P. 14-23.

38. Gall J.G. The centennial of the Cajal body // Nat Rev Mol Cell Biol. - 2003. - Vol. 4, - № 12. - P. 975-980.

39. Buchan J. R. Eukaryotic Stress Granules: The Ins and Outs of Translation / J. R. Buchan, R. Parker // Molecular Cell. - 2009. - Vol. 36, - № 6. - P. 932-941.

40. Decker C. J. P-Bodies and Stress Granules: Possible Roles in the Control of Translation and mRNA Degradation / C. J. Decker, R. Parker // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. - 2012. - Vol. 4, - № 9. - P. a012286-a012286.

41. Shin Y. Liquid phase condensation in cell physiology and disease / Y. Shin, C. P. Brangwynne // Science. - 2017. - Vol. 357, - № 6357. - P. eaaf4382.

42. The disordered P granule protein LAF-1 drives phase separation into droplets with tunable viscosity and dynamics / S. Elbaum-Garfinkle et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 2015. - Vol. 112, - № 23. - P. 7189-7194.

43. Formation and Maturation of Phase-Separated Liquid Droplets by RNA-Binding Proteins / Y. Lin et al. // Molecular Cell. - 2015. - Vol. 60, - № 2. - P. 208-219.

44. Complete Phase Diagram for Liquid-Liquid Phase Separation of Intrinsically Disordered Proteins / J. McCarty et al. // J. Phys. Chem. Lett. - 2019. - Vol. 10, - № 8. - P. 1644-1652.

45. Liquid-Liquid Phase Separation Is Driven by Large-Scale Conformational Unwinding and Fluctuations of Intrinsically Disordered Protein Molecules / A. Majumdar et al. // J. Phys. Chem. Lett. - 2019. - Vol. 10, - № 14. - P. 3929-3936.

46. Courchaine E. M. Droplet organelles? / E. M. Courchaine, A. Lu, K. M. Neugebauer // EMBO J. - 2016. - Vol. 35, - № 15. - P. 1603-1612.

47. O'Flynn B. G. The role of liquid-liquid phase separation in regulating enzyme activity / B. G. O'Flynn, T. Mittag // Current Opinion in Cell Biology. - 2021. -Vol. 69. - P. 70-79.

48. Phase transitions in the assembly of multivalent signalling proteins / P. Li et al. // Nature. - 2012. - Vol. 483, - № 7389. - P. 336-340.

49. Phase Transition of a Disordered Nuage Protein Generates Environmentally Responsive Membraneless Organelles / T. J. Nott et al. // Molecular Cell. - 2015. - Vol. 57, - № 5. - P. 936-947.

50. Photoswitchable Phase Separation and Oligonucleotide Trafficking in DNA Coacervate Microdroplets / N. Martin et al. // Angew. Chem. Int. Ed. - 2019. - Vol. 58,

- № 41. - P. 14594-14598.

51. Ryan V. H. Physiological, Pathological, and Targetable Membraneless Organelles in Neurons / V. H. Ryan, N. L. Fawzi // Trends in Neurosciences. - 2019. -Vol. 42, - № 10.v P. 693-708.

52. Nedelsky N. B. Bridging biophysics and neurology: aberrant phase transitions in neurodegenerative disease / N. B. Nedelsky, J. P. Taylor // Nat Rev Neurol.

- 2019. - Vol. 15, - № 5. - P. 272-286.

53. Aguzzi A. Phase Separation: Linking Cellular Compartmentalization to Disease / A. Aguzzi, M. Altmeyer // Trends in Cell Biology. - 2016. - Vol. 26, - № 7. -P. 547-558.

54. Babinchak W. M. Liquid-Liquid Phase Separation and Its Mechanistic Role in Pathological Protein Aggregation / W. M. Babinchak, W. K. Surewicz // Journal of Molecular Biology. - 2020. - Vol. 432, - № 7. - P. 1910-1925.

55. King O. D. The tip of the iceberg: RNA-binding proteins with prion-like domains in neurodegenerative disease / O. D. King, A. D. Gitler, J. Shorter // Brain Research. - 2012. - Vol. 1462. - P. 61-80.

56. Cell-free Formation of RNA Granules: Bound RNAs Identify Features and Components of Cellular Assemblies / T. W. Han et al. // Cell. - 2012. - Vol. 149, - № 4. - P. 768-779.

57. Stockmayer W .H. Molecular distribution in condensation polymers // J. Polym. Sci. - 1952. - Vol. 9, - № 1. - P. 69-71.

58. Тиманюк В. А. Биофизика. / В. А. Тиманюк, Е. Н. Животова // - 2003. -

704 с.

59. Watson J. D. Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid / J. D. Watson, F. H. C. Crick // Nature. - 1953. - Vol. 171, -№ 4356. - P. 737-738.

60. Ivanov V. I. A-DNA in solution as studied by diverse approaches / V. I. Ivanov, D. Yu. Krylov // Methods in Enzymology. - 1992. - Vol. 211. - P. 111-127.

61. Dickerson R. E. DNA structure from A to Z // Methods in Enzymology. -1992. - Vol. 211. - P. 67-111.

62. Альберте Б. Молекулярная биология клетки. / Б. Альберте и др. // -1994. - 539 с.

63. GENCODE: The reference human genome annotation for The ENCODE Project / J. Harrow et al. // Genome Res. - 2012. - Vol. 22, - № 9. - P. 1760-1774.

64. Zimmerman S. B. Macromolecular crowding and the mandatory condensation of DNA in bacteria / S. B. Zimmerman, L. D. Murphy // FEBS Letters. -1996. - Vol. 390, - № 3. - P. 245-248.

65. Arnold B. J. Horizontal gene transfer and adaptive evolution in bacteria / B. J. Arnold, I.-T Huang., W. P. Hanage // Nat Rev Microbiol. - 2022. Vol. 20, - № 4. -P. 206-218.

66. Uldis N. Streips Modern Microbial Genetics / N. Uldis Streips, E. Ronald Yasbin // - 2002. - 248 p.

67. Шмид Р. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия. // -2014. - 325 с.

68. Molecular nanoparticle-based gene delivery systems / J. L. Jiménez Blanco et al. // Journal of Drug Delivery Science and Technology. - 2017. - Vol. 42. - P. 18-37.

69. Mellet C. O. Cyclodextrin-based gene delivery systems / C. O. Mellet, J. M. G. Fernández, J. M. Benito // Chem. Soc. Rev. - 2011. - Vol. 40, - № 3. - P. 15861608.

70. Current Progress in Gene Delivery Technology Based on Chemical Methods and Nano-carriers / L. Jin et al. // Theranostics. - 2014. - Vol. 4, - № 3. - P. 240-255.

71. Dominska M. Breaking down the barriers: siRNA delivery and endosome escape / M. Dominska, D. M. Dykxhoorn // Journal of Cell Science. - 2010. - Vol. 123,

- № 8. - P. 1183-1189.

72. Nishikawa M. Nonviral Vectors in the New Millennium: Delivery Barriers in Gene Transfer / M. Nishikawa, L. Huang // Human Gene Therapy. - 2001. - Vol. 12,

- № 8. - P. 861-870.

73. Whitehead K.A. Knocking down barriers: advances in siRNA delivery / K. A. Whitehead, R. Langer, D.G. Anderson // Nat Rev Drug Discov. - 2009. - Vol. 8, -№ 2. - P. 129-138.

74. Tumor gene therapy by MVA-mediated expression of T-cell-stimulating antibodies / S. Paul et al. // Cancer Gene Ther. - 2002. - Vol. 9, - № 5. - P. 470-477.

75. Canarypox virus expressing wild type p53 for gene therapy in murine tumors mutated in p53 / L. Odin et al. // Cancer Gene Ther. - 2001. - Vol. 8, - № 2. - P. 87-98.

76. Lipid-based nanoparticles in the systemic delivery of siRNA / Q. Lin et al. // Nanomedicine. - 2014. - Vol. 9, - № 1. - P. 105-120.

77. Surface-Engineered Dendrimers in Gene Delivery / J. Yang et al. // Chem. Rev. - 2015. - Vol. 115, - № 11. - P. 5274-5300.

78. Disulfide Cross-Linked Low Generation Dendrimers with High Gene Transfection Efficacy, Low Cytotoxicity, and Low Cost / H. Liu et al. // J. Am. Chem. Soc. - 2012. - Vol. 134, - № 42. - P. 17680-17687.

79. Gold nanoparticles in delivery applications / P. Ghosh et al. // Advanced Drug Delivery Reviews. - 2008. - Vol. 60, - № 11. - P. 1307-1315.

80. Functionalization of Chitosan via Atom Transfer Radical Polymerization for Gene Delivery / Y. Ping et al. // Adv. Funct. Mater. - 2010. - Vol. 20, - № 18. - P. 31063116.

81. Xu F.J. Polymer vectors via controlled/living radical polymerization for gene delivery / F. J. Xu, W. T. Yang // Progress in Polymer Science. - 2011. - Vol. 36, - №2 9. - P. 1099-1131.

82. Liu G.-Y. Biocompatible and biodegradable polymersomes as delivery vehicles in biomedical applications / G.-Y. Liu, C.-J. Chen, J. Ji // Soft Matter. - 2012. -Vol. 8, - № 34. - P. 8811.

83. In vivo endothelial siRNA delivery using polymeric nanoparticles with low molecular weight / J. E. Dahlman et al. // Nature Nanotech. - 2014. - Vol. 9, - № 8. P. -648-655.

84. Supramolecular polymers constructed by crown ether-based molecular recognition / B. Zheng et al. // Chem. Soc. Rev. - 2012. - Vol. 41, - № 5. - P. 16211636.

85. Ravoo B. J. Cyclodextrin Bilayer Vesicles / B. J. Ravoo, R. Darcy // Angew. Chem. Int. Ed. - 2000. - Vol. 39, - № 23. - P. 4324-4326.

86. Chen Y. Cyclodextrin-based bioactive supramolecular assemblies / Y. Chen, Y. Liu // Chem. Soc. Rev. - 2010. - Vol. 39, - № 2. - P. 495-505.

87. Fluorescence detection of alkaline phosphatase activity with ß-cyclodextrin-modified quantum dots / L. Jia et al. // Chem. Commun. - 2010. - Vol. 46, - № 38. - P. 7166.

88. Chaperone-like a-cyclodextrins assisted self-assembly of double hydrophilic block copolymers in aqueous medium / Y. Liu et al. // Polymer. - 2009. - Vol. 50, - № 3. - P. 855-859.

89. Cucurbituril Homologues and Derivatives: New Opportunities in Supramolecular Chemistry / J. W. Lee et al. // Acc. Chem. Res. - 2003. - Vol. 36, - № 8. - P. 621-630.

90. Cucurbituril-Based Molecular Recognition / S. J. Barrow et al. // Chem. Rev.

- 2015. - Vol. 115, - № 22. - P. 12320-12406.

91. A Supramolecular Capsule for Reversible Polysulfide Storage/Delivery in Lithium-Sulfur Batteries / J. Xie et al. // Angew. Chem. Int. Ed. - 2017. - Vol. 56, - № 51. - P. 16223-16227.

92. Guo D.-S. Supramolecular Chemistry of p -Sulfonatocalix[n]arenes and Its Biological Applications / D.-S. Guo, Y. Liu // Acc. Chem. Res. - 2014. - Vol. 47, - № 7.

- P. 1925-1934.

93. Cholinesterase-Responsive Supramolecular Vesicle / D.-S. Guo et al. // J. Am. Chem. Soc. - 2012. - Vol. 134, - № 24. - P. 10244-10250.

94. Gene delivery based on macrocyclic amphiphiles / W.-C. Geng et al. // Theranostics. - 2019. - Vol. 9, - № 11. - P. 3094-3106.

95. Dagert M. Prolonged incubation in calcium chloride improves the competence of Escherichia coli cells / M. Dagert, S.D. Ehrlich // Gene. - 1979. - Vol. 6,

- № 1. - P. 23-28.

96. Mandel M. Calcium-dependent bacteriophage DNA infection / M. Mandel, A. Higa // Journal of Molecular Biology. - 1970. - Vol. - 53, - № 1. - P. 159-162.

97. Hanahan D. Studies on transformation of Escherichia coli with plasmids // Journal of Molecular Biology. - 1983. - Vol. 166, - № 4. - P. 557-580.

98. A comparison and optimization of methods and factors affecting the transformation of Escherichia coli / W.-T. Chan et al. // Bioscience Reports. - 2013. -Vol. 33, - № 6. - P. e00086.

99. Alkyl triphenylphosphonium surfactants as nucleic acid carriers: complexation efficacy toward DNA decamers, interaction with lipid bilayers and cytotoxicity studies / L.Ya. Zakharova et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2019. - Vol. 21, - № 30. - P. 16706-16717.

100. A novel approach for increasing transformation efficiency in E. coli DH5a cells using silver nanoparticles / G. Nagamani et al. // 3 Biotech. - 2019. - Vol. 9, - № 3. - P. 113.

101. Cell-Penetrating Peptide-Mediated Transformation of Large Plasmid DNA into Escherichia coli / M.M. Islam et al. // ACS Synth. Biol. - 2019. - Vol. 8, - № 5. -P. 1215-1218.

102. Szejtli J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry // Chem. Rev. - 1998. - Vol. 98, - № 5. - P. 1743-1754.

103. Cationic cyclodextrin amphiphiles as gene delivery vectors / S.A. Cryan et al. // Journal of Drug Delivery Science and Technology. - 2004. - Vol. 14, - № 1. - P. 57-62.

104. Self-assembling Modified ß-Cyclodextrin Nanoparticles as Neuronal siRNA Delivery Vectors: Focus on Huntington's Disease / B. M. D. C. Godinho et al. // Mol. Pharmaceutics. - 2013. - Vol. 10, - № 2. - P. 640-649.

105. Poly-6-cationic amphiphilic cyclodextrins designed for gene delivery / C. Byrne et al. // Org. Biomol. Chem. - 2009. - Vol. 7, - № 18. - P. 3763.

106. Gastrointestinal gene delivery by cyclodextrins - In vitro quantification of extracellular barriers / M.J. O'Neill et al. // International Journal of Pharmaceutics. -2013. - Vol. 456, - № 2. - P. 390-399.

107. ß-Cyclodextrin-Based Polycationic Amphiphilic "Click" Clusters: Effect of Structural Modifications in Their DNA Complexing and Delivery Properties / A. Méndez-Ardoy et al. // J. Org. Chem. - 2011. - Vol. 76, - № 15. - P. 5882-5894.

108. Tailoring ß-Cyclodextrin for DNA Complexation and Delivery by Homogeneous Functionalization at the Secondary Face / F. Ortega-Caballero et al. // Org. Lett. - 2008. - Vol. 10, - № 22. - P. 5143-5146.

109. Guo D.-S. Calixarene-based supramolecular polymerization in solution / D.S. Guo, Y. Liu // Chem. Soc. Rev. - 2012. - Vol. 41, - № 18. - P. 5907.

110. The transfection efficiency of calix[4]arene-based lipids: the role of the alkyl chain length / S. Mochizuki et al. // Biomater. Sci. - 2015. - Vol. 3, - № 2. - P. 317-322.

111. A general synthesis of water soluble upper rim calix[n]arene guanidinium derivatives which bind to plasmid DNA / M. Dudic et al. // Tetrahedron. - 2004. - Vol. 60, - № 50. - P. 11613-11618.

112. DNA Condensation and Cell Transfection Properties of Guanidinium Calixarenes: Dependence on Macrocycle Lipophilicity, Size, and Conformation / F. Sansone et al. // J. Am. Chem. Soc. - 2006. - Vol. 128, - № 45. - P. 14528-14536.

113. Macrocyclic Nonviral Vectors: High Cell Transfection Efficiency and Low Toxicity in a Lower Rim Guanidinium Calix[4]arene / V. Bagnacani et al. // Org. Lett. -2008. - Vol. 10, - № 18. - P. 3953-3956.

114. Virus-Sized DNA Nanoparticles for Gene Delivery Based on Micelles of Cationic Calixarenes / R. V. Rodik et al. // Chem. Eur. J. - 2011. - Vol. 17, - № 20. - P. 5526-5538.

115. Supramolecular complex formed by DNA oligonucleotide and thiacalix[4]arene. NMR-spectroscopy and molecular docking / B. Khairutdinov et al. // Journal of Molecular Structure. - 2014. - Vol. 1074. - P. 126-133.

116. Para-Bridged Symmetrical Pillar[5]arenes: Their Lewis Acid Catalyzed Synthesis and Host-Guest Property / T. Ogoshi et al. // J. Am. Chem. Soc. - 2008. - Vol. 130, - № 15. - P. 5022-5023.

117. Conversion from Pillar[5]arene to Pillar[6-15]arenes by Ring Expansion and Encapsulation of C 60 by Pillar[n]arenes with Nanosize Cavities / T. Ogoshi et al. // Org. Lett. - 2014. - Vol. 16, - № 11. - P. 2896-2899.

118. Ogoshi T. Pillararenes: Versatile Synthetic Receptors for Supramolecular Chemistry: Pillararenes in Supramolecular Chemistry / T. Ogoshi, T. Yamagishi // Eur. J. Org. Chem. - 2013. - Vol. 2013, - № 15. - P. 2961-2975.

119. Synthesis and Conformational Characteristics of Alkyl-Substituted Pillar[5]arenes / T. Ogoshi et al. // J. Org. Chem. - 2010. - Vol. 75, - № 10. - P. 32683273.

120. Planar-Chiral Pillar[5]arene: Chiral Switches Induced by Multiexternal Stimulus of Temperature, Solvents, and Addition of Achiral Guest Molecule / T. Ogoshi et al. // J. Org. Chem. - 2011. - Vol. 76, - № 2. - P. 618-622.

121. Planar-Chiral Macrocyclic Host Pillar[5]arene: No Rotation of Units and Isolation of Enantiomers by Introducing Bulky Substituents / T. Ogoshi et al. // Org. Lett.

- 2011. - Vol. 13, - № 5. - P. 1264-1266.

122. A Water-Soluble Leggero Pillar[5]arene / J.-R. Wu et al. // Molecules. -2022. - Vol. 27, - № 19. - P. 6259.

123. Stimulus-responsive light-harvesting complexes based on the pillararene-induced co-assembly of ß-carotene and chlorophyll / Y. Sun et al. // Nat Commun. - 2016.

- Vol. 7, - № 1. - P. 12042.

124. A new water-soluble pillar[5]arene: synthesis and application in the preparation of gold nanoparticles / Y. Yao et al. // Chem. Commun. - 2012. - Vol. 48, -№ 52. - P. 6505.

125. Photolysis of a bola-type supra-amphiphile promoted by water-soluble pillar[5]arene-induced assembly / S. Guo et al. // Chem. Commun. - 2016. Vol. - 52, -№ 71. - P. 10751-10754.

126. Cationic Vesicles Based on Amphiphilic Pillar[5]arene Capped with Ferrocenium: A Redox-Responsive System for Drug/siRNA Co-Delivery / Y. Chang et al. // Angew. Chem. Int. Ed. - 2014. - Vol. 53, - № 48. - P. 13126-13130.

127. Fabrication of a mercaptoacetic acid pillar[5]arene assembled nanochannel: a biomimetic gate for mercury poisoning / F. Zhang et al. // Chem. Sci. - 2016. - Vol. 7,

- № 5. - P. 3227-3233.

128. Triple-stimuli-responsive nanocontainers assembled by water-soluble pillar[5]arene-based pseudorotaxanes for controlled release / C. Ding et al. // J. Mater. Chem. B. - 2016. - Vol. 4, - № 16. - P. 2819-2827.

129. Stimuli-responsive metal-organic frameworks gated by pillar[5]arene supramolecular switches / L.-L. Tan et al. // Chem. Sci. - 2015. - Vol. 6, - № 3. - P. 1640-1644.

130. Sun Y. The first water-soluble pillar[5]arene dimer: synthesis and construction of a reversible fluorescent supramolecular polymer network in water / Y. Sun, J. Wang, Y. Yao // Chem. Commun. - 2017. - Vol. 53, - № 1. - P. 165-167.

131. Zhang H. Pillararene-based self-assembled amphiphiles / H. Zhang, Z. Liu, Y. Zhao // Chem. Soc. Rev. - 2018. - Vol. 47, - № 14. - P. 5491-5528.

132. Joseph R. Pillar[n]arene Derivatives as Sensors for Amino Acids // ChemistrySelect. - 2021. - Vol. 6, - № 14. - P. 3519-3533.

133. Pillararene-based supramolecular systems for theranostics and bioapplications / H. Zhu et al. // Sci. China Chem. - 2021. - Vol. 64, - № 5. - P. 688700.

134. Frontispiece: Pillararene-Based Supramolecular Vesicles for Stimuli-Responsive Drug Delivery / C. Wang et al. // Chemistry A European J. - 2022. - Vol. 28,

- № 71, - P. e202287162.

135. Controlled release of drug molecules by pillararene-modified nanosystems / Q. Yang et al. // Chem. Commun. - 2022. - Vol. 58, - № 20. - P. 3255-3269.

136. Cationic Pillararenes Potently Inhibit Biofilm Formation without Affecting Bacterial Growth and Viability / R. Joseph et al. // J. Am. Chem. Soc. - 2016. - Vol. 138,

- № 3. - P. 754-757.

137. Phosphonium pillar[5]arenes as a new class of efficient biofilm inhibitors: importance of charge cooperativity and the pillar platform / R. Joseph et al. // Chem. Commun. - 2016. - Vol. 52, - № 70. - P. 10656-10659.

138. Water-Soluble Pillar[5]arenes: Synthesis and Characterization of the Inclusion Complexes with p-Toluenesulfonic Acid / D. N. Shurpik et al. // MHC. - 2015.

- Vol. 8, - № 2. - P. 128-134.

139. Gelmo P. Über Sulfamide der p-Amidobenzolsulfonsäure // J. Prakt. Chem.

- 1908. - Vol. 77, - № 1. - P. 369-382.

140. Sing C. E. Development of the modern theory of polymeric complex coacervation // Advances in Colloid and Interface Science. - 2017. - Vol. 239. - P. 2-16.

141. Overbeek J. T. G. Phase separation in polyelectrolyte solutions. Theory of complex coacervation / J. T. G. Overbeek, M. J. Voorn // J. Cell. Comp. Physiol. - 1957.

- Vol. 49, - № S1. - P. 7-26.

142. Dobrynin A. Theory of polyelectrolytes in solutions and at surfaces / A. Dobrynin, M. Rubinstein // Progress in Polymer Science. - 2005. - Vol. 30, - № 11. - P. 1049-1118.

143. Netz R. R. Neutral and charged polymers at interfaces / R. R. Netz, D. Andelman // Physics Reports. - 2003. - Vol. 380, - № 1-2. - P. 1-95.

144. Попл Д. Спектры ядерного магнитного резонанса высокого разрешения / Д. Попл, В. Шнейдер, Г. Берстейн // - 1962. - 592 c.

145. McConnell H. M. Reaction Rates by Nuclear Magnetic Resonance // The Journal of Chemical Physics. - 1958. - Vol. 28, - № 3. - P. 430-431.

146. Гюнтер Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР // - 1984. - 478 с.

147. Дероум Э. Современные методы ЯМР для химических исследований // - 1992. - 403 с.

148. Soderman O. NMR studies of complex surfactant systems / O. Soderman, P. Stilbs // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. - 1994. - Vol. - 26. - P. 445-482.

149. Sodium dodecyl sulfate self-diffusion in premicellar and low-concentrated micellar solutions in the presence of a background electrolyte / Yu. F. Zuev et al. // Colloid J. - 2007. - Vol. 69, - № 4. - P. 444-449.

150. Fielding L. NMR Methods for the Determination of Protein- Ligand Dissociation Constants // CTMC. - 2003. - Vol. 3, - № 1. - P. 39-53.

151. Johnson C. S. Diffusion ordered nuclear magnetic resonance spectroscopy: principles and applications // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. -1999. - Vol. 34, - № 3-4. - P. 203-256.

152. Stejskal E. O. Spin Diffusion Measurements: Spin Echoes in the Presence of a Time-Dependent Field Gradient / E. O. Stejskal, J. E. Tanner // The Journal of Chemical Physics. - 1965. - Vol. 42, - № 1. - P. 288-292.

153. Brooijmans N. Molecular Recognition and Docking Algorithms / N. Brooijmans, I. D. Kuntz // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. - 2003. - Vol. 32, - № 1. - P. 335-373.

154. NMRPipe: A multidimensional spectral processing system based on UNIX pipes / F. Delaglio et al. // J Biomol NMR. - 1995. - Vol. 6, - № 3. - P. 277-293.

155. Lee W. NMRFAM-SPARKY: enhanced software for biomolecular NMR spectroscopy / W. Lee, M. Tonelli, J. L. Markley // Bioinformatics. - 2015. - Vol. 31, -№ 8. - P. 1325-1327.

156. Güntert P. Torsion angle dynamics for NMR structure calculation with the new program DYANA / P. Güntert, C. Mumenthaler, K. Wüthrich // J Mol Biol. - 1997.

- Vol. 273, - № 1. - P. 283-298.

157. Berman H. M. The Protein Data Bank // Nucleic Acids Research. - 2000. -Vol. 28, - № 1. - P. 235-242.

158. Stewart J. J. P. Optimization of parameters for semiempirical methods I. Method // Journal of Computational Chemistry. - 1989. - Vol. 10, - №2. - P. 209-220.

159. AutoDock4 and AutoDockTools4: Automated docking with selective receptor flexibility / G. M. Morris et al. // J. Comput. Chem. - 2009. - Vol. 30, - № 16.

- P. 2785-2791.

160. Automated docking using a Lamarckian genetic algorithm and an empirical binding free energy function / G. M. Morris et al. // Journal of Computational Chemistry.

- 1998. - Vol. 19, - № 14. - P. 1639-1662.

161. Sanner M. F. Python: a programming language for software integration and development // J Mol Graph Model. - 1999. - Vol. 17, - № 1. - P. 57-61.

162. The Interaction of Water-Soluble Pillar[5]Arenes Containing Amide and Ammonium Fragments with Lipid Bilayer / P. V. Skvortsova et al. // BioNanoSci. - 2018.

- Vol. 8, - № 3. - P. 888-894.

163. Higgins N. P. Topological Behavior of Plasmid DNA / N. P. Higgins, A. V. Vologodskii // Microbiol Spectr. - 2015. - Vol. 3, - № 2. - P. 3.2.17.

164. Kaushik M. Hairpin-duplex equilibrium reflected in the A->B transition in an undecamer quasi-palindrome present in the locus control region of the human -globin gene cluster // Nucleic Acids Research. - 2003. - Vol. 31, - № 23. - P. 6904-6915.

165. Circular dichroism and conformational polymorphism of DNA / J. Kypr et al. // Nucleic Acids Research. - 2009. - Vol. 37, - № 6. - P. 1713-1725.

166. Determination of the cationic amphiphilic drug-DNA binding mode and DNA-assisted fluorescence resonance energy transfer amplification / Z. Yaseen et al. // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. - 2014. - Vol. 122. - P. 553-564.

167. Garcia de la Torre J. Calculation of Hydrodynamic Properties of Globular Proteins from Their Atomic-Level Structure / J. Garcia de la Torre, M. L. Huertas, B. Carrasco // Biophysical Journal. - 2000. - Vol. 78, - № 2. - P. 719-730.

168. Wang Z. Protocol for analyzing protein liquid-liquid phase separation / Z. Wang, G. Zhang, H. Zhang // Biophys Rep. - 2019. - Vol. 5, - № 1. - P. 1-9.

169. Nakashima K. K. Biomolecular Chemistry in Liquid Phase Separated Compartments / K. K. Nakashima, M.A. Vibhute, E. Spruijt // Front. Mol. Biosci. - 2019. - Vol. 6. - P. 21.

170. Polyelectrolyte complexes: Bulk phases and colloidal systems / Gucht J. van der et al. // Journal of Colloid and Interface Science. - 2011. - Vol. 361, - №2 2. - P. 407422.

171. de Kruif C. G. Complex coacervation of proteins and anionic polysaccharides / C. G. de Kruif, F. Weinbreck, R. de Vries // Current Opinion in Colloid & Interface Science. - 2004. - Vol. 9, - № 5. - P. 340-349.

172. Chirality-selected phase behaviour in ionic polypeptide complexes / S. L. Perry et al. // Nat Commun. - 2015. - Vol. 6, - № 1. - P. 6052.

173. Small-molecule uptake in membrane-free peptide/nucleotide protocells / T.Y. D. Tang et al. // Soft Matter. - 2013. - Vol. 9, - № 31. - P. 7647.

174. Oligonucleotide-Peptide Complexes: Phase Control by Hybridization / J. R. Vieregg et al. // J. Am. Chem. Soc. - 2018. Vol. 140, - № 5. - P. 1632-1638.

175. Liquid-Liquid Phase Separation of Peptide/Oligonucleotide Complexes in Crowded Macromolecular Media / Q. Bai et al. // J. Phys. Chem. B. - 2021. - Vol. 125, № 1. - P. 49-57.

176. Activation-Enabled Syntheses of Functionalized Pillar[5]arene Derivatives / J. Han et al. // Org. Lett. - 2015. - Vol. 17, - № 13. - P. 3260-3263.

177. Water-soluble pillar[5]arene sulfo-derivatives self-assemble into biocompatible nanosystems to stabilize therapeutic proteins / D. N. Shurpik et al. // Bioorganic Chemistry. - 2021. - Vol. 117. - P. 105415.

178. Dame R. T. H-NS mediated compaction of DNA visualised by atomic force microscopy // Nucleic Acids Research. - 2000. - Vol. 28, - № 18. - P. 3504-3510.

179. Montigny W. J. Condensation by DNA looping facilitates transfer of large DNA molecules into mammalian cells // Nucleic Acids Research. - 2001. - Vol. 29, - №2 9. - P. 1982-1988.

180. Pozmogova G. E. Principles of creation of protein carriers of DNA new derivatives of human epidermal growth factor for gene therapy / G. E. Pozmogova, A. N. Chuvilin // Bull Exp Biol Med. - 2007. - Vol. 144, - № 3. - P. 457-463.

181. Acetylation of Transition Protein 2 (TP2) by KAT3B (p300) Alters Its DNA Condensation Property and Interaction with Putative Histone Chaperone NPM3 / M. M. Pradeepa et al. // Journal of Biological Chemistry. - 2009. - Vol. 284, - №№ 43. - P. 2995629967.

182. Calixarenes: from biomimetic receptors to multivalent ligands for biomolecular recognition / F. Sansone et al. // New J. Chem. - 2010. - Vol. 34, - № 12. - P. 2715.

183. Application of turbidity technique on peptide-lipid and drug-lipid interactions / F. Eker et al. // Journal of Molecular Structure. - 1999. - Vol. 482-483. -P. 693-697.

184. Amphiphilic adducts of myrcene and N-substituted maleimides as potential drug delivery agents / M. S. Dzyurkevich et al. // Mendeleev Communications. - 2014. -Vol. 24, - № 4. P. - 224-225.

185. Yi P. N. Temperature dependence of optical properties of aqueous dispersions of phosphatidylcholine / P. N. Yi, R. C. MacDonald // Chemistry and Physics of Lipids. - 1973. - Vol. 11, - № 2. - P. 114-134.

186. Determination of phase transition temperatures of lipids by light scattering / N. Michel et al. // Chemistry and Physics of Lipids. - 2006. - Vol. 139, - № 1. - P. 1119.

187. Temperature- and ionic strength-induced conformational changes in the lipid head group region of liposomes as suggested by zeta potential data / K. Makino et al. // Biophysical Chemistry. - 1991. - Vol. 41, - № 2. - P. 175-183.

Список авторских публикаций по теме диссертации

Статьи в рецензируемых научных изданиях, индексируемых базами данных Scopus и Web of Science:

1. Skvortsova, P. Pillar[5]arene-induced DNA condensation: Liquid-liquid phase separation in pillar[5]arene-oligonucleotide system / P. Skvortsova,

D. Shurpik, I. Stoikov, B. Khairutdinov // Journal of Molecular Liquids. - 2022. -Vol. 368, - 120683.

2. Skvortsova, P.V. Pillar[5]arenes as potential personage for DNA compactization and gene therapy / P.V. Skvortsova, D.A. Faizullin,

E.A. Ermakova, D.N. Shurpik, N.E. Gogoleva, Yu.V. Gogolev, S.A. Ziganshina, I.I. Stoikov, Y.F. Zuev, B.I. Khairutdinov // Journal of Molecular Liquids, - 2020, - Vol. 319, - 114178.

3. Skvortsova, P.V. The Interaction of Water-Soluble Pillar[5]Arenes Containing Amide and Ammonium Fragments with Lipid Bilayer / P.V. Skvortsova, E.V. Gruzdeva, D.A. Faizullin, D.N. Shurpik., V.G. Evtugyn, P.V. Zelenikhin, V.V. Klochkov, I.I. Stoikov, B.I. Khairutdinov // BioNanoScience, - 2018, - Vol. 8, N3, P. 888-894.

Публикации в сборниках статей и научных трудов конференций, индексируемых базой данных РИНЦ:

1. Skvortsova, P.V. NMR study of liquid-liquid phase separation in pillar[5]arene-oligonucleotide system / P. Skvortsova, A. Pergat, B. Khairutdinov // Proceedings of 21 International School-Conference «Magnetic resonance and its applications, Spinus» - Saint-Peterburg, 2024. - P. 151

2. Skvortsova, P.V. Pillar[5]arene complexes with palindromic DNA decamer and plasmid DNA / P.V. Skvortsova, D.N. Shurpik, N.E. Gogoleva, S.A. Ziganshina, I.I. Stoikov, B.I. Khairutdinov // Proceedings of 18 International School-Conference «Magnetic resonance and its applications, Spinus» - Saint-Peterburg, 2021. - P. 165-167

3. Скворцова, П. В. Исследование взаимодействия пилларарена с олигонуклеотидом ДНК методом ЯМР спектроскопии / П.В. Скворцова, Д.Н. Шурпик, И.И. Стойков, Ю.Ф. Зуев, Б.И. Хайрутдинов // Материалы XII международной научно-технической конференции - Актуальные вопросы биологической физики и химии «БФФХ-2017» - Севастополь, 2017. - С.348-351

Публикации в сборниках тезисов конференций, индексируемых базой данных РИНЦ:

1. Skvortsova, P.V NMR in the study of pillar[5]aren-DNA complexes / P. Skvortsova, D. Shurpik, I. Stoikov, B. Khairutdinov // Abstracts of the International Conference "Magnetic Resonance - Current State and Future Perspectives" and satellite XXI International Youth Scientific School "Actual problems of magnetic resonance and its application", - Kazan, 2019. - P.198.

2. Skvortsova, P.V. Pillar[5]arene-based supramolecular system for DNA transfection / P. Skvortsova, B. Khairutdinov, D. Shurpik, I. Stoikov, S. Ziganshina, E. Ermakova, Yu. Zuev // Abstracts of the School-Conference for Youth Scientists «Supramolecular Strategies in Chemistry, Biology and Medicine: Fundamentals and Perspectives», - Kazan, 2019. - P. 27.

3. Скворцова, П. В. Исследование взаимодействия пиллар[5]арена с палиндромным декамером ДНК / П.В. Скворцова, Д.Н. Шурпик, И.И. Стойков, Б.И. Хайрутдинов // Сборник тезисов XXXI зимней молодежной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии». - Москва, 2019. - С.88.

4. Skvortsova, P.V. Gene Therapy: NMR Study of Interaction Some Water-Soluble Pillar[5]arenes Containing Amide and Ammonium Fragments With DNA Palindromic Decamer / P. Skvortsova, E. Subakaeva, D. Faizullin, D. Shurpik, P. Zelenikhin, I. Stoikov, B. Khairutdinov, Y. Zuev // Abstract of the Kazan Precision Medicine Workshop, - Kazan, 2018. - P.38.

5. Скворцова, П.В. Пиллар[5]арены как перспективное средство доставки биомолекул / П.В. Скворцова // Сборник тезисов конференции «Ломоносов-2018». - Москва, 2018. - Т.3. С.213-214.

6. Скворцова, П. В. Пилларарены как средства доставки биологически-активных соединений / П.В. Скворцова, Д.Н. Шурпик, Е.А. Ермакова, И.И. Стойков, Ю.Ф. Зуев, Б.И. Хайрутдинов // Acta Naturae. - Москва, 2017. -Спецвыпуск 1 - С.178.

7. Skvortsova, P.V. The study of the receptor properties of decasubstitued pillar[5]arenes to fluorescein dye by methods of the high resolution nmr spectroscopy / P. Skvortsova, D. Shurpik, I. Stoikov, Y. Zuev, B. Khairutdinov // International conference "Modern development of magnetic resonance": Abstracts digest. -Kazan, 2017. - P.179.

118 Приложение

Рисунок П1 - Н80С(красный)/НМВС(синий) спектры пиллар[5]арена I в воде

Ь=у2д282{Д-3/3), 1010 с/м 2

Рисунок П2 - Диффузионные спады олигонуклеотида и пиллар[5]арена в свободной форме и при отношении концентраций 1:2. В свободной форме коэффициенты самодиффузии пиллар[5]арена и олигонуклеотида, определяемые наклоном диффузионного спада, значительно отличаются. В смеси коэффициенты самодиффузии молекул близки. Все диффузионные спады

моноэкспоненциальны

Рисунок П3 - Наложение КОББУ спектров олигонуклеотида (сине-голубой) и смеси олигонуклеотида и пиллар[5]арена-1 (желто-красный)

Рисунок П4 - Наложение NOESY спектров олигонуклеотида (сине-голубой) и смеси олигонуклеотида и пиллар[5]арена-С1 (желто-красный)

Таблица П5 - Значения химических сдвигов протонов олигонуклеотида при различных относительных концентрациях пиллар[5]арена Сшллар[5]арен/Со№-28.

Пиллар[5]арен-1 Пиллар[5]арен-С1

СПиллар[5]арен /Со№-28 0,1 0,2 1,2 2,2 4,9 8,1 0,2 0,4 0,9 2,5 4 10

01Н1' 6,01 6,009 6,006 5,997 6,001 5,996 5.989 5.984 5.982 5.973 5.967 5.962

01Н2' 2,612 2,607 2,599 2,594 2,583 2,568 2.600 2.596 2.587 2.578 2.560 2.547

01Н2'' 2,802 2,804 2,794 2,79 2,787 2,781 2.786 2.782 2.778 2.770 2.766 2.757

01Н3' 4,866 4,867 4,865 4,865 4,864 4,863 4.851 4.848 4.846 4.841 4.844 4.841

01Н4' 4,248 4,244 4,233 4,224 4,219 4,189 4.234 4.232 4.225 4.213 4.197 4.184

01Н8 7,97 7,969 7,965 7,963 7,961 7,946 7.952 7.950 7.949 7.941 7.940 7.938

0105' 3,734 3,733 3,728 3,727 3,726 3,705 3.719 3.716 3.715 3.707 3.704 3.699

С2Н1' 5,777 5,779 5,787 5,789 5,798 5,796 5.757 5.758 5.759 5.758 5.768 5.772

С2Н2' 2,171 2,168 2,164 2,16 2,154 2,149 2.153 2.149 2.147 2.139 2.138 2.134

С2Н2'' 2,491 2,489 2,485 2,481 2,477 2,47 2.474 2.472 2.469 2.461 2.462 2.458

С2Н3' 4,88 4,894 4,889 4,88 4,876 4,873 4.877 4.873 4.873 4.863 4.859 4.859

С2Н4' 4,228 4,224 4,209 4,19 4,203 4,185 4.214 4.209 4.207 4.195 4.191 4.183

С2Н41 8,411 8,406 8,387 8,379 8,37 8,353 8.398 8.392 8.385 8.373 8.361 8.353

С2Н42 6,498 6,499 6,501 6,503 6,509 6,516 6.478 6.474 6.475 6.470 6.475 6.478

С2Н5 5,417 5,418 5,423 5,428 5,435 5,435 5.396 5.395 5.396 5.393 5.400 5.404

С2Н6 7,434 7,434 7,434 7,435 7,44 7,429 7.416 7.413 7.415 7.410 7.413 7.414

03Н1' 6,053 6,048 6,041 6,039 6,042 6,03 6.037 6.035 6.033 6.024 6.020 6.015

03Н2' 2,681 2,679 2,676 2,671 2,676 2,662 2.666 2.662 2.660 2.653 2.649 2.644

03Н2'' 2,836 2,832 2,826 2,827 2,828 2,822 2.820 2.816 2.812 2.806 2.808 2.805

03Н3' 5,009 5,008 4,998 4,995 4,99 4,987 4.997 4.992 4.989 4.980 4.977 4.969

03Н4' 4,402 4,406 4,398 4,386 4,389 4,38 4.402 4.402 4.389 4.381 4.371 4.362

03Н5' 4,154 4,157 4,149 4,142 4,15 4,144 4.136 4.130 4.128 4.119 4.112 4.104

03Н8 7,939 7,938 7,936 7,934 7,936 7,922 7.921 7.919 7.919 7.912 7.912 7.909

Т4Н1' 5,999 5,997 5,99 5,985 5,984 5,972 5.984 5.982 5.978 5.969 5.964 5.960

Т4Н2' 2,044 2,043 2,032 2,031 2,035 2,028 2.030 2.026 2.023 2.014 2.010 2.004

Т4Н2'' 2,533 2,526 2,501 2,492 2,486 2,478 2.523 2.516 2.508 2.492 2.479 2.470

Т4Н6 7,244 7,242 7,238 7,238 7,237 7,224 7.230 7.226 7.224 7.216 7.215 7.212

Т407 1,471 1,472 1,476 1,479 1,479 1,473 1.452 1.451 1.451 1.447 1.452 1.450

Т5Н1' 5,667 5,658 5,627 5,614 5,607 5,596 5.658 5.650 5.643 5.622 5.604 5.595

Т5Н2' 2,022 2,024 2,024 2,027 2,031 2,029 2.004 2.002 2.001 1.996 2.001 2.001

Т5Н2'' 2,377 2,369 2,337 2,327 2,322 2,312 2.368 2.360 2.351 2.333 2.316 2.306

T5H3' 4,S74 4,87 4,S6S 4,856 4,85 4,S49 4.S63 4.S56 4.S53 4.S42 4.S37 4.S31

T5H4' 4,G95 4,GS7 4^56 4^39 4^4 4,G37 4.GS9 4.GSG 4.G69 4.G47 4Ш2 4.G11

T5H6 7,341 7,342 7,343 7,345 7,346 7,337 7.323 7.321 7.321 7.316 7.319 7.31S

T5Q7 1,693 1,694 1,7 1,7G3 1,7G1 1,699 1.674 1.673 1.674 1.671 1.679 1.679

A6H1' 5,S7S 5,87 5,S36 5,S24 5,S1S 5,SG1 5.S72 5.S65 5.S57 5.S37 5.S15 5.SG4

A6H2 6,942 6,95 6,974 6,987 6,993 6,9S9 6.917 6.917 6.926 6.932 6.951 6.954

A6H2' 2,744 2,738 2,714 2,714 2,712 2,695 2.735 2.729 2.723 2.711 2.697 2.69G

A6H2'' 2,S71 2,864 2,836 2,828 2,S2 2,S11 2.S67 2.S6G 2.S53 2.S36 2.S22 2.S11

A6H3' 5,G4S 5^4 5ДО7 5 4,995 4,98 5Л41 5.G33 5Ш5 5^8 4.99G 4.977

A6H4' 4,3S3 4,364 4,275 4,262 4,367 4,367 4.394 4.379 4.359 4.314 4.263 4.237

A6H5'' 4,121 4,111 4,GSS 4^77 4,GSS 4,G7S 4.133 4.119 4.116 4.Ю2 4.G74 4.G61

A6HS S,27 8,27 8,266 8,266 S,269 S,256 S.255 S.253 S.253 S.246 S.247 S.246

A7H1' 6,G57 6^52 6,G3S 6^33 6,G29 6,G21 6.G45 6.G37 6.G37 6.G22 6Ш6 6^9

A7H2 7,612 7,614 7,618 7,62 7,624 7,611 7.592 7.591 7.593 7.5S9 7.594 7.594

A7H2' 2,5S6 2,585 2,581 2,5S2 2,5SS 2,5S5 2.566 2.564 2.561 2.556 2.562 2.56G

A7H2'' 2,7S7 2,782 2,764 2,744 2,792 2,727 2.779 2.77G 2.761 2.747 2.735 2.724

A7H3' 5^3 4,992 4,952 4,944 4,945 4,943 4.997 4.99G 4.97S 4.959 4.937 4.922

A7H4' 4,4G7 4,362 4,239 4,175 4,1S7 4,G96 4.41S 4.393 4.361 4.3G7 4.227 4.1S4

A7H5' 4,212 4,181 4,G92 4^63 4,G2S 4^16 4.22G 4.2G2 4.1S3 4.135 4.G75 4.G51

A7HS 8,115 8,118 S,126 S,13 8,134 S,122 S.G96 S.G96 S.G9S S.G96 8.Ю5 8.Ю6

A7sH2 8ДО9 S,G11 8^2 8ДО2 7,965 7,963 7.997 7.997 7.995 7.9S5 7.937 7.936

A7sHS S,279 S,279 8,269 S,266 8,28 S,25 S.263 S.26G S.26G S.252 S.247 S.245

CSH1' 5,571 5,569 5,565 5,565 5,569 5,562 5.554 5.551 5.549 5.541 5.539 5.536

CSH2' 1,846 1,842 1,825 1,819 1,814 1,SG5 1.S35 1.S2S 1.S23 1.8Ю 1.SG5 1.SG3

C8H2'' 2,269 2,264 2,249 2,239 2,229 2,21S 2.25S 2.253 2.246 2.231 2.224 2.21S

CSH4' 4,Ю2 4^91 4^46 4^35 4^29 4,G1S 4.G99 4.G91 4.G79 4.G5S 4.G31 4.G19

CSH41 S,G59 S,G59 S,G65 S,G66 S,G7S S,G74 S.G39 S.G37 S.G37 S.G33 S.G3S S.G39

CSH42 6,4G6 6,4G2 6,39S 6,399 6,399 6,3S9 6.392 6.3S7 6.3S5 6.375 6.373 6.367

CSH5 5,189 5,19 5,192 5,195 5,198 5,1SS 5.172 5.171 5.17G 5.163 5.167 5.162

CSH6 7,166 7,165 7,161 7,157 7,158 7,144 7.15G 7.147 7.145 7.13S 7.136 7.134

G9H1' 5,946 5,943 5,933 5,927 5,922 5,9G4 5.93G 5.926 5.921 5.9Ю 5.9G2 5.S96

G9H2' 2,593 2,592 2,5S7 2,589 2,5SS 2,5S7 2.577 2.573 2.569 2.561 2.561 2.556

G9H2'' 2,719 2,71S 2,7G7 2,7 2,7G2 2,6S7 2.7G4 2.7G1 2.697 2.6S6 2.6S1 2.673

G9H3' 4,962 4,95S 4,945 4,939 4,949 4,934 4.947 4.943 4.937 4.926 4.919 4.911

G9H4' 4,33 4,325 4,299 4,282 4,3G2 4,325 4.321 4.314 4.3G7 4.2S9 4.269 4.25S

G9HS 7,853 7,851 7,S42 7,837 7,S32 7,813 7.S35 7.S31 7.S29 7.S19 7.S14 7.S11

C10H1' 6,206 6,204 6,194 6,191 6,191 6,17 6.188 6.184 6.180 6.168 6.159 6.151

C10H3 4,511 4,509 4,499 4,497 4,498 4,489 4.497 4.492 4.487 4.477 4.472 4.462

C10H4' 4,059 4,057 4,049 4,045 4,05 4,044 4.043 4.041 4.036 4.025 4.018 4.010

C10H5 5,504 5,502 5,494 5,498 5,504 5,497 5.478 5.473 5.469 5.457 5.447 5.447

C10H6 7,464 7,464 7,458 7,46 7,464 7,449 7.441 7.438 7.437 7.428 7.425 7.424

Таблица П6 - Пары атомов, для которых наблюдаются межмолекулярные кросс-пики в спектрах КОББУ.

Пиллар[5]арен-1 Пиллар [5] арен-С1

Пиллар[5]арен Н11-01Н1'

Пиллар[5]арен Н11-01Н8 Пиллар[5]арен Н11-01Н8

Пиллар[5]арен Н11-С2Н4' Пиллар[5]арен Н11-С2Н4'

Пиллар[5]арен Н11-Т4Н1' Пиллар[5]арен Н11-Т4Н1'

Пиллар[5]арен Н11-Т4Н5'

Пиллар[5]арен Н11-Т5Н1' Пиллар[5]арен Н11-Т5Н1'

Пиллар[5]арен Н11-Т5Н4'

Пиллар[5]арен Н11-А6Н1' Пиллар[5]арен Н11-А6Н1'

Пиллар[5]арен Н11-А6Н2 Пиллар[5]арен Н11-А6Н2

Пиллар[5]арен Н11-А6Н8

Пиллар[5]арен Н11-А7Н1'

Пиллар[5]арен Н11-А7Н2 Пиллар[5]арен Н11-А7Н2

Пиллар[5]арен Н11-А7Н8

Пиллар[5]арен Н11-С8Н1' Пиллар[5]арен Н11-С8Н1'

Пиллар[5]арен Н11-С8Н4'

Пиллар[5]арен Н11-09Н4'

Пиллар[5]арен Н11-09Н5' Пиллар[5]арен Н11-09Н5'

Пиллар[5]арен Н11-С10Н1' Пиллар[5]арен Н11-С10Н1'

Пиллар[5]арен Н12-01Н8 Пиллар[5]арен Н12-01Н8

Пиллар[5]арен Н12-С2Н4' Пиллар[5]арен Н12-С2Н4'

Пиллар[5]арен Н12-Т4Н1' Пиллар[5]арен Н12-Т4Н1'

Пиллар[5]арен Н12-Т4Н5'

Пиллар[5]арен Н12-Т5Н1' Пиллар[5]арен Н12-Т5Н1'

Пиллар[5]арен Н12-Т5Н4'

Пиллар[5]арен Н12-А6Н1' Пиллар[5]арен Н12-А6Н1'

Пиллар[5]арен Н12-А6Н2 Пиллар[5]арен Н12-А6Н2

Пиллар[5]арен Н12-А6Н4'

Пиллар[5]арен Н12-А6Н8 Пиллар[5]арен Н12-А6Н8

Пиллар[5]арен Н12-А7Н1' Пиллар[5]арен Н12-А7Н1'

Пиллар[5]арен Н12-А7Н2 Пиллар[5]арен Н12-А7Н2

Пиллар[5]арен H12-A7H4'

Пиллар[5]арен H12-A7H8 Пиллар[5]арен H12-A7H8

Пиллар[5]арен H12-C8H1' Пиллар[5]арен H12-C8H1'

Пиллар[5]арен H12-C8H4'

Пиллар[5]арен H12-G9H4'

Пиллар[5]арен H12-G9H5' Пиллар[5]арен H12-G9H5'

Пиллар[5]арен H12-C10H1' Пиллар[5]арен H12-C10H1'

Пиллар[5]арен H2'-G3H1'

Пиллар[5]арен H2'-A7H8

Пиллар[5]арен H2'-C10H5

Пиллар[5]арен H2'-C10H6

Пиллар[5]арен H8'-A6H2

Пиллар[5]арен H8''-A6H2

Пиллар[5]арен H8'-A7H2 Пиллар[5]арен H8'-A7H2

Пиллар[5]арен H8''-A7H2 Пиллар[5]арен H8''-A7H2

8 9 10

номер нуклеотида

Рисунок П7 - средневзвешенное значение изменения химических сдвигов протонов нуклеотидов (черный - пиллар[5]арен-1-, серый - пиллар[5]арен-С1-)

Рисунок П8 - Изображения, полученные на оптическом инвертном микроскопе в 4х увеличении через несколько секунд после добавления раствора пиллар[5]арена в раствор олигонуклеотида в соответствующих растворителях: А - йодный пиллар[5]арен в буфере; Б - хлорный пиллар[5]арен в буфере; В - йодный пиллар[5]арен в воде; Г - хлорный пиллар[5]арен в воде

Height Sensor 200.0 nm Height Sensor 200 0 nm Height Sensor 200.0 nm

а) б) в)

Рисунок П9 - АСМ-изображения морфологии поверхности с образцами плазмиды pEGFP-N1 в свободном состоянии (а), смесей плазмида-пиллар[5]арен-1- (К+/Р-=0,1) (б), плазмида-

пиллар[5]арен-1- (К+/Р-=1) (в).

Adhesion 200.0 nm Adhesion 200.0 nm Adhesion 200.0 nm

а) б) в)

Рисунок П10 - АСМ-изображения адгезионных свойств поверхности с образцами плазмиды рЕОБР-Ш в свободном состоянии (а), смесей плазмида-пиллар[5]арен-1- (К+/Р-=0,1) (б),

плазмида-пиллар[5]арен-1- (К+/Р-=1) (в). Изображения были получены в Междисциплинарном центре "Аналитическая микроскопия" Казанского Федерального Университета в ходе отработки метода приготовления образцов. АСМ-изображения плазмиды в свободном состоянии (рисунок П9 а) несколько отличаются от представленных на рисунке 38 в основном тексте работы. Вероятно, это вызвано присутсвием в образцах трис буфера, в дальнейшем образцы были дополнительно очищены. На рисунках П10 а) и б) наблюдается изменение адгезионных свойств поверхности плазмиды при добавлении пиллар[5]арена в промежуточной концентрации (К+/Р-=0,1). В присутствии приллар[5]арена адгезия поверхности плазмиды ниже, чем в его отсутсвии. При этом видимые изменения морфологии отсутствуют. Таким образом, пиллар[5]арен взаимодействует с ДНК, но его концентрация недостаточна для компактизации. В случае добавления большего количества пиллар[5]арена (К+/Р-=1) также наблюдается компактизация плазмидной ДНК.

Рисунок П11 - Зависимость температуры фазового перехода липосом из ДПФХ от концентрации пиллар[5]арена-С1 в отсутствии (черные квадраты) и в присутствии (светлые круги) олигонуклеотида (СдпФХ=0,7 мМ, Солигонуклеотид=0,2 мМ)