Binding of oxovanadium ions to the major and minor grooves of DNA duplex: stability and structural models

摘要

Vanadate induces DNA strand breaks in cultured human fibroblasts at doses that are relative to the occupational exposure. Oxovanadium compounds also exert preventive effects against chemical carcinogenesis in animals and form complexes with DNA in vivo. This study was designed to examine the interaction of calf-thymus DNA with VO2+ and VO₃¯ ions in aqueous solution at physiological pH, with a constant DNA concentration of 12.5mmol/L and vanadium-DNA (phosphate) molar ratios (r) of 1:160 to 1:2. Capillary electrophoresis and Fourier transform infrared difference spectroscopy were used to determine the cation binding site, the binding constant, the helix stability, and DNA conformation in the oxovanadium-DNA complexes. Structural analysis showed that VO2+ binds DNA through guanine and adenine N-7 atoms and the backbone PO₂ group with apparent binding constants of K_G = 8.8 × 105 (mol/L)-1 and K_A = 3.4 × 105 (mol/L)-1. The VO₃¯ shows weaker binding through thymine, adenine, and guanine bases, with K = 1.9 × 104 (mol/L)-1 and no interaction with the backbone phosphate group. A partial B-to-A DNA transition occurred upon VO-DNA complexation, while DNA remains in the B-family structure in the VO₃¯ complexes.Le vanadate induit des bris dans le brin d'ADN chez les fibroblastes humains en culture et ce, à des doses compatibles avec une exposition occupationnelle. Les oxovanadiums peuvent aussi exercer des effets protecteurs de la carcinogenèse chimique chez les animaux en formant des complexes avec l'ADN in vivo. Cette étude a été conçue afin d'examiner les interactions qui surviennent entre l'ADN de thymus de veau et les ions VO2+ et VO₃¯ en solution aqueuse à pH physiologique, dans des conditions de concentration constante d'ADN de 12,5mmol/L et de rapports molaires vanadium-ADN (phosphate) (r) allant de 1 : 160 à 1 : 2. L'électrophorèse capillaire et la spectroscopie infrarouge par transformation de Fourier ont été utilisées afin d'identifier les sites de liaison des cations, déterminer la constante de liaison, la stabilité de l'hélice et la conformation de l'ADN au sein des complexes ADN/oxovanadium. L'analyse structurelle a montré que le VO+2 se lie à l'ADN via les atomes N-7 des résidus guanine et adénine et les groupes PO₂ du squelette d'acides nucléiques, avec des constantes apparentes de liaison de K_G = 8,8 × 105 (mol/L)-1 et K_A = 3,4 × 105 (mol/L)-1. Le VO₃¯ se lie plus faiblement via la thymine, l'adénine et la guanine avec un K = 1,9 × 104 (mol/L)-1 sans interaction avec les groupes PO₂ du squelette d'acides nucléiques. Une transition partielle de la forme ADN-B vers ADN-A est survenue lors de la formation du complexe VO-ADN, alors que l'ADN a gardé une structure de famille « B » au sein des complexes impliquant le VO₃¯.