Влияние новых антимикробных пептидов медицинской пиявки Hirudo medicinalis на функциональную активность белков гранул нейтрофилов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Серьезной проблемой здравоохранения является резистентность к традиционным антибиотикам микроорганизмов, вызывающих опасные для здоровья человека инфекции. В связи с этим разработка новых эффективных антимикробных препаратов и терапевтических подходов представляется актуальной задачей. Антимикробные пептиды считают перспективной альтернативой традиционным антибиотикам в борьбе с резистентными микроорганизмами.

Цель — изучение влияния новых синтетических антимикробных пептидов медицинской пиявки Hirudo medicinalis на функциональную активность гранулярных белков нейтрофилов — основных эффекторных клеток иммунитета, в том числе в условиях развития окислительного/галогенирующего стресса.

Материалы и методы. Пероксидазную активность миелопероксидазы оценивали по скорости окисления o-дианизидина. Амидолитическую активность нейтрофильной эластазы определяли флуоресцентным методом с использованием специфического субстрата MeOSuc-AAPV-AMC. Железосвязывающую активность лактоферрина оценивали спектрофотометрическим методом по изменению поглощения раствора при добавлении соли Fe3+. Активность лизоцима определяли по скорости лизиса бактериальных клеток M. lysodeikticus.

Результаты. Нативные антимикробные пептиды 536_1 и 19347_2 ингибировали, а антимикробный пептид 12530 — усиливал пероксидазную активность миелопероксидазы, данная тенденция сохранялась и после модификации указанных пептидов хлорноватистой кислотой (HOCl). В отличие от нативного галогенированный антимикробный пептид 3967_1 усиливал ферментативную активность миелопероксидазы. В присутствии антимикробного пептида 3967_1 амидолитическая активность нейтрофильной эластазы незначительно увеличивалась, в то время как антимикробный пептид 19347_2 ингибировал активность фермента. После модификации HOCl данные соединения сохраняли свою способность регулировать активность нейтрофильной эластазы. Синергетические эффекты (~20 %) против грамположительных бактерий M. lysodeikticus выявлены для комбинации лизоцима с антимикробными пептидами 12530 и 3967_1. Ингибирование антимикробной активности лизоцима наблюдалось в присутствии антимикробных пептидов 19347_2 и 536_1, но выраженность данного эффекта снижалась после их модификации под действием HOCl. После модификации HOCl антимикробный пептид 3967_1 усиливал, в то время как 12530, наоборот, приобретал способность ингибировать муколитическую активность лизоцима.

Заключение. Использование препаратов на основе исследуемых антимикробных пептидов медицинской пиявки будет оказывать благоприятное влияние на борьбу организма с возбудителями инфекций не только за счет антимикробного действия самих антимикробных пептидов, но и за счет модуляции данными соединениями биологической активности собственных эндогенных антимикробных белков и пептидов: усиления — в случае необходимости элиминации патогена и ингибирования — для защиты от повреждения собственных тканей организма.

Об авторах

Дарья Владимировна Григорьева

Белорусский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: dargr@tut.by
ORCID iD: 0000-0003-0210-5474
SPIN-код: 2479-7785

канд. биол. наук, доцент кафедры биофизики физического факультета

Белоруссия, Минск

Ирина Владимировна Горудко

Белорусский государственный университет

Email: irinagorudko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4737-470X
SPIN-код: 8968-3125

канд. биол. наук, доцент, доцент кафедры биофизики физического факультета

Белоруссия, Минск

Екатерина Николаевна Графская

Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства

Email: grafskayacath@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8957-6142
SPIN-код: 1821-2746

лаборант лаборатории генной инженерии

Россия, Москва

Иван Алексеевич Лацис

Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства

Email: lacis.ivan@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8292-0737
SPIN-код: 6775-1702

младший научный сотрудник лаборатории генной инженерии

Россия, Москва

Алексей Викторович Соколов

Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства; Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: biochemsokolov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9033-0537
SPIN-код: 7427-7395

д-р биол. наук, заведующий лабораторией биохимической генетики отдела молекулярной генетики, старший научный сотрудник отдела биофизики, профессор кафедры фундаментальных проблем медицины и медицинских технологий

Россия, Москва; Санкт-Петербург

Олег Михайлович Панасенко

Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства; Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Email: o-panas@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5245-2285
SPIN-код: 3035-6808

д-р биол. наук, профессор, заведующий отделом биофизики; старший научный сотрудник отдела медицинской физики

Россия, Москва

Василий Николаевич Лазарев

Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства

Email: lazar0@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0042-966X
SPIN-код: 1578-8932

д-р биол. наук, доцент, заведующий отделом клеточной биологии

Россия, Москва

Список литературы

  1. Мусин Х.Г. Антимикробные пептиды — потенциальная замена традиционным антибиотикам // Инфекция и иммунитет. 2018. Т. 8, № 3. С. 295–308. doi: 10.15789/2220-7619-2018-3-295-308
  2. Жаркова М.С., Орлов Д.С., Кокряков В.Н., Шамова О.В. Антимикробные пептиды млекопитающих: классификация, биологическая роль, перспективы практического применения // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология. 2014. № 1. С. 98–114.
  3. Lei J., Sun L., Huang S. et al. The antimicrobial peptides and their potential clinical applications // Am. J. Transl. Res. 2019. Vol. 11, No. 7. P. 3919–3931.
  4. Mahlapuu M., Håkansson J., Ringstad L., Björn C. Antimicrobial peptides: an emerging category of therapeutic agents // Front. Cell. Infect. Microbiol. 2016. Vol. 6. P. 194. doi: 10.3389/fcimb.2016.00194
  5. Huerta-Cantillo J., Navarro-García F. Properties and design of antimicrobial peptides as potential tools against pathogens and malignant cells // Investigación en Discapacidad. 2016. Vol. 5, No. 2. P. 96–115.
  6. Павлова И.Б., Юдина Т.Г., Баскова И.П. и др. Изучение перспектив использования секрета слюнных клеток медицинской пиявки Hirudo medicinalis и препарата «Пиявит» как антимикробных комплексов, не вызывающих резистентности у микроорганизмов // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2–3. С. 252.
  7. Баскова И.П., Харитонова О.В., Завалова Л.Л. Лизоцимная активность секрета слюнных желез медицинской пиявки видов: H. verbana, H. medicinalis и H. orientalis // Биомедицинская химия. 2011. Т. 57, № 5. C. 511–518. doi: 10.18097/pbmc20115705511
  8. Grafskaia E.N., Nadezhdin K.D., Talyzina I.A. et al. Medicinal leech antimicrobial peptides lacking toxicity represent a promising alternative strategy to combat antibiotic-resistant pathogens // Eur. J. Med. Chem. 2019. Vol. 180. P. 143–153. doi: 10.1016/j.ejmech.2019.06.080
  9. Шамова О.В., Сакута Г.А., Орлов Д.С. и др. Действие антимикробных пептидов из нейтрофильных гранулоцитов на опухолевые и нормальные клетки в культуре // Цитология. 2007. Т. 49, № 12. С. 1000–1010.
  10. Нестерова И.В., Колесникова Н.В., Чудилова Г.А. и др. Новый взгляд на нейтрофильные гранулоциты: переосмысление старых догм. Часть 2 // Инфекция и иммунитет. 2018. Т. 8, № 1. С. 7–18. doi: 10.15789/2220-7619-2018-1-7-18
  11. Нестерова И.В., Колесникова Н.В., Чудилова Г.А. и др. Новый взгляд на нейтрофильные гранулоциты: переосмысление старых догм. Часть 1 // Инфекция и иммунитет. 2017. Т. 7, № 3. С. 219–230. doi: 10.15789/2220-7619-2017-3-219-230
  12. Panyutich A.V., Hiemstra P.S., van Wetering S., Ganz T. Human neutrophil defensin and serpins form complexes and inactivate each other // Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 1995. Vol. 12, No. 3. P. 351–357. doi: 10.1165/ajrcmb.12.3.7873202
  13. Шамова О.В., Орлов Д.С., Ямщикова Е.В. и др. Изучение взаимодействия антимикробных пептидов с белками из семейства ингибиторов сериновых протеиназ // Фундаментальные исследования. 2011. № 9–2. С. 344–348.
  14. Vissers M.C., Winterbourn C.C. Myeloperoxidase-dependent oxidative inactivation of neutrophil neutral proteinases and microbicidal enzymes // Biochem. J. 1987. Vol. 245, No. 1. P. 277–280. doi: 10.1042/bj2450277
  15. Hawkins C.L., Davies M.J. Inactivation of protease inhibitors and lysozyme by hypochlorous acid: role of side-chain oxidation and protein unfolding in loss of biological function // Chem. Res. Toxicol. 2005. Vol. 18, No. 10. P. 1600–1610. doi: 10.1021/tx050207b
  16. Vakhrusheva T.V., Grigorieva D.V., Gorudko I.V. et al. Enzymatic and bactericidal activity of myeloperoxidase in conditions of halogenative stress // Biochem. Cell. Biol. 2018. Vol. 96, No. 5. P. 580–591. doi: 10.1139/bcb-2017-0292
  17. Терехова М.С., Горудко И.В., Григорьева Д.В. и др. Железосвязывающая способность лактоферрина при воспалении // Доклады БГУИР. 2018. № 7(117). С. 80–84.
  18. Григорьева Д.В., Горудко И.В., Костевич В.А. и др. Экзоцитоз миелопероксидазы при активации нейтрофилов в присутствии гепарина // Биомедицинская химия. 2018. Т. 64, № 1. С. 16–22. doi: 10.18097/PBMC20186401016
  19. Sokolov A.V., Ageeva K.V., Kostevich V.A. et al. Study of interaction of ceruloplasmin with serprocidins // Biochemistry (Mosc). 2010. Vol. 75, No. 11. P. 1361–1367. doi: 10.1134/S0006297910110076
  20. Sokolov A.V., Kostevich V.A., Zakharova E.T. et al. Interaction of ceruloplasmin with eosinophil peroxidase as compared to its interplay with myeloperoxidase: reciprocal effect on enzymatic properties // Free Radic. Res. 2015. Vol. 49, No. 6. P. 800–811. doi: 10.3109/10715762.2015.1005615
  21. Semak I., Budzevich A., Maliushkova E. et al. Development of dairy herd of transgenic goats as biofactory for large-scale production of biologically active recombinant human lactoferrin // Transgenic Res. 2019. Vol. 28, No. 5–6. P. 465–478. doi: 10.1007/s11248-019-00165-y
  22. Лукашевич В.С., Будевич А.И., Семак И.В. и др. Получение рекомбинантного лактоферрина человека из молока коз-продуцентов и его физиологические эффекты // Доклады НАН Беларуси. 2016. Т. 60, № 1. С. 72–81.
  23. Горудко И.В., Черкалина О.С., Соколов А.В. и др. Новые подходы к определению концентрации и пероксидазной активности миелопероксидазы в плазме крови человека // Биоорганическая химия. 2009. Т. 35, № 5. С. 629–639. doi: 10.1134/s1068162009050057
  24. Григорьева Д.В., Горудко И.В., Соколов А.В. и др. Миелопероксидаза стимулирует дегрануляцию нейтрофилов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2016. Т. 161, № 4. С. 483–488. doi: 10.1007/s10517-016-3446-7
  25. Panasenko O.M., Gorudko I.V., Sokolov A.V. Hypochlorous acid as a precursor of free radicals in living systems // Biochemistry (Mosc). 2013. Vol. 78, No. 13. P. 1466–1489. doi: 10.1134/S0006297913130075
  26. Панасенко О.М., Сергиенко В.И. Галогенирующий стресс и его биомаркеры // Вестник Российской академии медицинских наук. 2010. № 1. С. 27–39.
  27. Golenkina E.A., Livenskyi A.D., Viryasova G.M. et al. Ceruloplasmin-derived peptide is the strongest regulator of oxidative stress and leukotriene synthesis in neutrophils // Biochem. Cell. Biol. 2017. Vol. 95, No. 3. P. 445–449. doi: 10.1139/bcb-2016-0180
  28. Jugniot N., Voisin P., Bentaher A., Mellet P. Neutrophil elastase activity imaging: recent approaches in the design and applications of activity-based probes and substrate-based probes // Contrast Media Mol. Imaging. 2019. Vol. 2019. P. 7417192. doi: 10.1155/2019/7417192
  29. Парамонова Н.С., Гурина Л.Н., Волкова О.А. и др. Состояние эластаза-ингибиторной системы у детей в норме и при отдельных патологических состояниях. Гродно, 2017.
  30. Kell D.B., Heyden E.L., Pretorius E. The biology of lactoferrin, an iron-binding protein that can help defend against viruses and bacteria // Front. Immunol. 2020. Vol. 11. P. 1221. doi: 10.3389/fimmu.2020.01221
  31. Борзенкова Н.В., Балабушевич Н.Г., Ларионова Н.И. Лактоферрин: физико-химические свойства, биологические функции, системы доставки, лекарственные препараты и биологически активные добавки (обзор) // Биофармацевтический журнал. 2010. Т. 2, № 3. С. 3–19.
  32. Калюжин О.В. Антибактериальные, противогрибковые, противовирусные и иммуномодулирующие эффекты лизоцима: от механизмов к фармакологическому применению [Электронный ресурс]. Эффективная фармакотерапия. Педиатрия. № 1. 2018. Режим доступа: https://umedp.ru/articles/antibakterialnye_protivogribkovye_protivovirusnye_i_immunomoduliruyushchie_effekty_lizotsima_ot_mekh.html. Дата обращения: 22.08.2021.
  33. Гончарова А.И., Земко В.Ю., Окулич В.К. Определение лизоцима с использованием пептидогликана из клеточной стенки культуры Micrococcus lysodeikticus // Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2018. № 1. С. 48–55.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние нативных и модифицированных хлорноватистой кислотой (HOCl) антимикробных пептидов (АМП) 536_1 (a), 19347_2 (b) 12530 (c) и 3967_1 (d) в различных концентрациях на пероксидазную активность очищенной миелопероксидазы (ПАМПО) (0,5 нМ), регистрируемую по окислению ферментом хромогенного субстрата o-дианизидина (380 мкМ) в присутствии Н2О2 (50 мкМ). За 100 % принята ПАМПО в отсутствие АМП. * p < 0,05 по сравнению с ПАМПО в контроле (в отсутствие АМП)

Скачать (362KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние антимикробных пептидов (АМП) на ферментативную активность нейтрофильной эластазы (НЭ). Типичные кинетические кривые (a, b) увеличения интенсивности флуоресценции аминометилкумарина, образующегося при расщеплении специфического субстрата MeOSuc-AAPV-AMC (20 мкМ) очищенной НЭ (50 нМ) в отсутствие и в присутствии АМП 3967_1 (a) и 19347_2 (b) в различных концентрациях (указаны на легенде). Момент добавления НЭ отмечен стрелкой. Длина волны возбуждения флуоресценции — 380 нм, регистрации — 460 нм. Зависимость ферментативной активности очищенной НЭ от концентрации АМП (c). За 100 % принята активность НЭ в отсутствие АМП. МИКmax — максимальное значение среди минимальных концентраций АМП, необходимых для достижения 100 % ингибирования роста микроорганизмов Escherichia coli, Chlamydia trachomatis и Bacillus subtilis в стандартном тесте. *p < 0,05 по сравнению с активностью НЭ в контроле (в отсутствие АМП)

Скачать (295KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние антимикробных пептидов (АМП) на железосвязывающую активность лактоферрина (ЛФ): a — типичные кинетические кривые изменения оптической плотности раствора ЛФ (10 мг/мл) на длине волны 465 нм, соответствующей пику поглощения насыщенной железом формы ЛФ (холо-ЛФ), в отсутствие и в присутствии АМП 536_1 в различных концентрациях после 20 последовательных добавок соли железа [NH4Fe(SO4)2 · 12 H2O] (по 16 мкМ); b — влияние АМП 536_1, 12530, 3967_1 и 19347_2 в различных концентрациях на железосвязывающую активность ЛФ. МИКmax — максимальное значение среди минимальных концентраций АМП, необходимых для достижения 100 % ингибирования роста микроорганизмов Escherichia coli, Chlamydia trachomatis и Bacillus subtilis в стандартном тесте. За 100 % принята железосвязывающая активность ЛФ в контроле (в отсутствие АМП)

Скачать (250KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние антимикробных пептидов (АМП) 536_1, 12530, 3967_1 и 19347_2 в различных концентрациях на способность лизоцима лизировать бактериальные клетки M. lysodeikticus. За 100 % принята муколитическая активность лизоцима в контроле (в отсутствие АМП). МИКmax — максимальное значение среди минимальных концентраций АМП, необходимых для достижения 100 % ингибирования роста микроорганизмов Escherichia coli, Chlamydia trachomatis и Bacillus subtilis в стандартном тесте. *p < 0,05 по сравнению с активностью лизоцима в контроле (в отсутствие АМП)

Скачать (158KB)
Метаданные

© Григорьева Д.В., Горудко И.В., Графская Е.Н., Лацис И.А., Соколов А.В., Панасенко О.М., Лазарев В.Н., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».