Кіріспе

Псорален (кейде псорален деп те аталады) – сызықтық фуранокумариндер деп аталатын табиғи органикалық қосылыстар тобының негізгі қосылысы. Оның құрамы кумаринге біріккен фуран сақинасымен толықтырылған, және оны умбеллиферонның туындысы деп санауға болады. Псорален Psoralea corylifolia тұқымдарында, сондай-ақ инжір, сельдерей, петрушка, Батыс Үндістан сатин ағашында және барлық цитрус жемістерінде табиғи түрде кездеседі. Ол псориаз, экзема, витилиго және терідегі Т-клеткалы лимфоманы емдеу үшін ПУВА (псорален + УВА) емдеуінде кеңінен қолданылады; мұндай емдеулер көбінесе метоксален сияқты дәрілік препараттар арқылы жүзеге асырылады. Көптеген фуранокумариндер балықтар үшін өте улы, ал кейбіреулері Индонезиядағы өзендерге балық аулау мақсатымен қосылады.

Қолданылуы

Псорален – мутаген, және осы мақсатта молекулалық биология зерттеулерінде қолданылады. Псорален ДНК-ға интеркалацияланып, ультракүлгін сәулесіне (УФА) ұшыраған кезде тиминдермен моноаддукттар мен коваленттік ішек аралық байланыстарды (ІАБ) құрайды, әсіресе геномдағы 5' TpA орындарында, апоптозды тудырады. Псорален + УФА (PUVA) терапиясы псориаз және тері қатерлі ісігінің кейбір түрлерін емдеу үшін қолданылады. Өкінішке орай, PUVA емдеуінің өзі тері қатерлі ісігінің қаупін арттырады. Псораленнің маңызды қолданылуы – псориаз және, аз дәрежеде, экзема мен витилиго сияқты тері проблемаларын емдеуге арналған PUVA терапиясы. Бұл псораленнің жоғары УФ сәулесін сіңіру қабілетін пайдаланады. Псораленді алдымен терінің сезімталдығын арттыру үшін қолданады, содан кейін жағдайды емдеу үшін УФА сәулесін қолданады. Псоралендер фотоферезде де қолданылады, онда олар УФ сәулеленуді қолдану алдында алынған лейкоциттермен араластырылады. Псораленнің фотокарциногендік қасиеттеріне қарамастан, ол 1996 жылға дейін күннен қорғау кремдерінде күйдіруді жеделдететін компонент ретінде қолданылды. Псоралендер күйдіруді жеделдететін құралдарда қолданылады, себебі псорален терінің жарыққа сезімталдығын арттырады. Кейбір пациенттер псоралені қамтитын күйдіруді жеделдететін құралдарды қолданғаннан кейін күнде күйіп, терінің зардап шегуіне тап болды. Ашық терілі пациенттерде псоралендердің меланома тудыру қасиеттері қара терілі пациенттерге қарағанда төрт есе көп байқалады. Оптимизацияланған псоралендердің тағы бір қолданылуы – қан өнімдеріндегі патогендерді жою. Синтетикалық аминопсорален, амотосален HCl, пациенттерге трансфузия үшін дайындалған тромбоциттер мен плазмадағы инфекциялық патогендерді (бактериялар, вирустар, протозоалар) жою үшін әзірленген. Клиникалық қолдануға дейін амотосаленмен өңделген тромбоциттер тексерілді және p53 нокаут егесінің моделін қолданғанда канцерогенді емес екені анықталды. Бұл технология қазіргі уақытта кейбір еуропалық қан орталықтарында кеңінен қолданылады және жақында АҚШ-та мақұлданды.

Химия

Псорален ДНК-ның қос спираліне еніп, ультракүлгін фотонмен қоздырылғанда, жақын орналасқан пиримидиндік негіздермен, әсіресе тиминмен, бір немесе бірнеше аддукттарды түзетуге қолайлы жағдайға ие болады. Псораленнің ДНК-мен өзара әрекеттесуіне қатысты байланыс тұрақтыларын анықтау үшін бірнеше физикохимиялық әдістер қолданылды. Дәстүрлі түрде, псораленнің екі бөлімі және буферленген ДНК ерітіндісі жартылай өткізгіш мембранамен бөлінеді; псораленнің ДНК-ға қосылуы, тепе-теңдік орнағаннан кейін ДНК бөліміндегі псораленнің концентрациясына тікелей байланысты. Судағы ерігіштік екі себептен маңызды: дәрінің қандағы ерігіштігіне байланысты фармакокинетика және органикалық еріткіштерді (мысалы, ДМСО) пайдалану қажеттілігі. Псоралендерді ұзын толқынды ультракүлгін сәулелендіру арқылы да белсендіруге болады. УФА диапазоны клиникалық стандарт болғанымен, зерттеулер УФВ-нің фотоаддукттарды түзетуде тиімдірек екенін көрсетеді, бұл оның қолданылуы жоғары тиімділікке және емдеу уақытын қысқартуға мүмкіндік береді. Псоралендердегі фотохимиялық реакцияға қабілетті орындар – фуран (бес мүшелі сақина) және пирон (алты мүшелі сақина) сақиналарындағы алкенге ұқсас көміртек-көміртек екі байланыстары. Пиримидиндік негізге жақын орналасқан кезде, төрт орталық фотоциклоаддиция реакциясы екі циклобутил типтегі моноаддукттардың бірін түзетуі мүмкін. Әдетте, фуран жағындағы моноаддукттар басым болады. Фуран моноаддукті екінші УФА фотонын сіңіре алады, бұл молекуланың пирон жағында екінші төрт орталық фотоциклоаддициясына және, демек, диадукт немесе байланыс түзетуге әкеледі. Пирон моноаддукттары УФА диапазонында сіңірілмейді, сондықтан олар қосымша УФА сәулеленуімен байланыстарды түзетуге қабілетсіз. Бұл қосылыстардың тағы бір маңызды ерекшелігі – олардың синглеттік оттегін өндіруге қабілеттілігі, бірақ бұл процесс аддукт түзетумен тікелей бәсекелеседі және қозған күйдегі энергияны таратудың баламалы жолы болуы мүмкін. Псораленге қатысты зерттеулер негізінен ДНК және РНК (әсіресе, ICL түзетуі) арасындағы өзара әрекеттесуге бағытталған. Алайда, псораленнің кейбір агрессивті емізгік ісігінің түрлерінде жоғары экспрессияланатын ErbB2 рецепторының сигналдарын бұзатыны көрсетілген. Бергаптеннің синтетикалық туындысы, 5-(4-феноксибутокси)псорален, белгілі бір калий каналын тежеу арқылы иммунодепрессант ретінде үміткер болып көрінеді. Оның құрылымы ДНК-ға енуін болдырмайды және синглеттік оттегін өте аз мөлшерде ғана шығарады, бұл in vivo жағымсыз уыттану мен мутагенділікті айтарлықтай азайтады. Бұл әртүрлі аутоиммундық ауруларды (мысалы, қыртыстың көптік склерозы, 1-типті қант диабеті және ревматоидты артрит) емдеуде маңызды. Жасуша бетінің модификациясы және иондық каналдарды бұғаттау – жақында ғана ашылған әрекет механизмдері болғанымен, тағы көп зерттеулер қажет.

Құрылымы

Фуранокумариндердің көпшілігі псораленнің немесе ангелициннің туындылары ретінде қарастырылуы мүмкін. Псорален және оның туындылары көбінесе сызықтық фуранокумариндер деп аталады, себебі олар сызықты химиялық құрылымға ие. Маңызды сызықтық фуранокумариндерге ксантотоксин (сонымен қатар метоксален), бергаптен, императорин және нодакенетин жатады. Псораленнің құрылымы алғаш рет оның ыдырау реакцияларының өнімдерін анықтау арқылы болжалды. Ол кумарин лактонының әдеттегі реакцияларын көрсетеді, мысалы, сілтелі ортада сақинаның ашылуы кумарин қышқылын немесе кумарин қышқылының туындысын тудырады. Калий перманганаты фуран сақинасының тотығуына себеп болады, ал басқа тотығу әдістері фуран 2,3-карбон қышқылын береді.

Синтез

Псораленді синтездеу қиын, себебі умбеллиферон қажетті 6-позицияда емес, 8-позицияда алмасуға түседі. Бензофуран бензол сақинасында емес, фуран сақинасында артықшылықпен реакцияға түседі. Дегенмен, 2,3-дигидробензофуранның 7-гидрокси туындысы (кумаран деп те аталады) қажетті 6-позицияда алмасуға түседі, бұл Гаттерман-Кох реакциясы арқылы, содан кейін сірке қышқылы ангидридін қолдана отырып, Перкин конденсациясын жүргізуге мүмкіндік береді, осы арқылы кумарин жүйесін синтездеуге болады. Синтез бес мүшелі сақинаны дегидрлендіру арқылы аяқталады, нәтижесінде фуран сақинасы пайда болады.

Биосинтез

Псорален шикимат жолындағы кумариндерден түзіледі; оның биосинтезі төмендегі суретте көрсетілген. 6-шы ароматтық сақина гидроксил тобына орто-позицияда белсендіріледі және 5 алкилдеуші агентпен алкилденеді. 7-дегі диметилллил тобы 8-ді алу үшін фенол тобымен циклдесуге түседі. Бұл трансформация цитохром P450 тәуелді монооксигеназа17 (псорален 5 монооксигеназа) және кофакторлар (NADPH) мен молекулалық оттегінің қатысуымен катализденеді. Төмендегі суретте псораленнің қалыптасатын биосинтез жолы көрсетілген. Екінші P450 тәуелді монооксигеназа ферменті (псорален синтетазасы) 8-ден 10-ды (11 түрінде) бөліп, 1-ді түзеді. Бұл жолда гидроксилденген аралық заттар қатыспайды және бөліну радикалдық реакция арқылы басталады деп есептеледі.

Псораленнің ДНК-адукталарын жөндеу

PUVA емдеуі ДНК-ның тізбекаралық байланыстарын (ICL) және моноаддукттарды қамтиды. Псорален тудырған ICL белсенді көбейіп жатқан жасушалар үшін жоғары генотоксикалық болып табылады. Ковалентті байланыс репликациялық түйірдің прогресіне кедергі келтіреді. Сондықтан репликацияны қайта бастау үшін ICL-ді бөлу қажет. Жөндеудің бастапқы қадамдары әдетте кросслинктың екі жағындағы ата-аналық тізбекте кесіктер жасауды қамтиды. Содан кейін зақымдануды дұрыс немесе қате процестер арқылы жөндеуге болады. Кросслинктерді жөндеудің дұрыс процесі – гомологты рекомбинациялық жөндеу (HRR). Бұл сол жасушадағы басқа хромосомадан алынған толыққанды ақпаратты пайдаланып зақымдалған ақпаратты алмастыруды білдіреді. HRR жетіспейтін *Escherichia coli* жасушалары жабайы типтегі жасушаларға қарағанда PUVA-ға жоғары сезімтал. HRR тиімді болып көрінеді. *E. coli*-да, тіпті бір немесе екі жөнделмеген кросслинк жасушаны іссіз ету үшін жеткілікті болса да, жабайы типтегі жасушалар жөндеуге және демек 53-тен 71 псорален кросслингіне дейін қалпына келуге қабілетті. Жабайы типтегі ашытқыларда HRR арқылы кросслинктерді жоюмен байланысты рекомбинациялық оқиғалар көбінесе кроссовер емес гендік конверсия оқиғалары болып табылады. Вирустық ДНК-дағы псорален кросслинктері де SV40 вирусымен жұққан жасушаларда және герпес симплекс вирусымен жұққан жасушаларда кездесетін рекомбинациялық жөндеу процесі арқылы жойылады. Псорален кросслинктерін жөндеудің бір қате процесі екі кесікпен тізбеде пайда болған кеңістікті толтыру үшін ДНК полимеразасын пайдалану болып табылады. Бұл процесс қате, себебі кесілмеген толықтырушы тізбек әлі де кросслинктың бөлігін сақтайды және сондықтан дұрыс жөндеу синтезі үшін жеткілікті матрица бола алмайды. Дұрыс емес жөндеу синтезі мутацияға әкелуі мүмкін. Үлгілік ДНК-дағы псорален моноаддукттары да қате репликацияны (транслезиялық синтез) тудыруы мүмкін, бұл мутацияға әкелуі мүмкін. Т4 фагында PUVA емдеуінен кейін байқалған мутацияның жоғарылауы жабайы типтегі ДНК полимеразаның транслезиялық синтезін көрсетті, бұл дәлелдеу қабілетінің жетілмеуіне байланысты болуы мүмкін.

Нуклеин қышқылдарының құрылымын талдау

Псоралендер нуклеин қышқылдарының екі спиральды құрылымдарын қайтымды түрде байланыстыра алады, сондықтан ДНК және РНК арасындағы өзара әрекеттесулерді және құрылымдарды талдау үшін кеңінен қолданылып келеді.