INTERACTION OF CERULOPLASMIN, MYELOPEROXIDASE AND THROMBIN IN SYNOVIAL FLUID OF RHEUMATOID ARTHRITIS PATIENTS AND ITS ROLE IN INFLAMMATORY PROCESS


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The extreme sensitivity of the copper-containing oxidase ceruloplasmin (CP, M -132 kDa), which is present in blood plasma, to proteinases results in CP fragmentation upon its isolation and in degradation upon storage. Fragmented ceruloplasminlacks some antioxidant activities typical of the intact protein, e.g., it does not inhibit myeloperoxidase (MPO). Analysis of the synovial fluid of rheumatoid arthritis patients did not reveal thrombin (FIIa) and MPO activities in samples that contain non-fragmented CP. However, these activities were found in samples where no non-fragmented 132-kDa CP was present. Because CP is an evolutionary relative of blood coagulation factors V and VII, we hypothesized that FIIa is involved in CP proteolysis. Indeed, recombinant FIIa inhibitors, hirudin 2 (HM2), and its 1-47 fragment (S2R) completely inhibited CP degradation in blood serum upon its storage under sterile conditions. Mass-spectrometric comparison of CP fragments formed upon spontaneous proteolysis during storage of purified CP and upon FIIa-mediated proteolysis of CP showed that fragmentation patterns are the same in both cases. So far, there was no evidence that FIIa can hydrolyze peptide bonds downstream of amino acids other than arginine. However, 116-and 19-kDa fragments formation from 132-kDa CP is consistent with a non-canonical site of FIIa-catalyzed cleavage between lysine-887 and valin-888. This non-canonical CP cleavage by FIIa may be a result of the homology between the 946-954 sequence in CP and 62-70 sequence in hirudin, which interacts with the exosite I of FIIa.

About the authors

A V Sokolov

institute of Experimental Medicine; St. Petersburg State University; Federal Scientific-Clinical Centre of Physico-Chemical Medicine of FMBA of Russia

Email: biochemsokolov@gmail.com
кандидат биологических наук, заведующий лабораторией биохимической генетики Отдела молекулярной генетики St. Petersburg, Moscow, Russia

V A Kostevich

institute of Experimental Medicine; Federal Scientific-Clinical Centre of Physico-Chemical Medicine of FMBA of Russia

аспирант, научный сотрудник Отдела молекулярной генетики St. Petersburg, Moscow, Russia

E T Zakharova

institute of Experimental Medicine

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Отдела молекулярной генетики St. Petersburg, Russia

L Acquasaliente

University of Padua

Department of Pharmaceutical Sciences Italy

V De Filippis

University of Padua

Department of Pharmaceutical Sciences Italy

V B Vasyliev

institute of Experimental Medicine; St. Petersburg State University,

профессор, доктор биологических наук, заведующий Отделом молекулярной генетики St. Petersburg, Russia

References

  1. Holmberg C. G. On the presence of a laccase-like enzyme in serum and its relation to the copper in serum // Acta Physiol. Scand.- 1944.- Vol. 8.- P. 227-229.
  2. Holmberg C. G., Laurell C. B. Investigations in serum copper. II // Acta Chem. Scand.- 1948.- Vol. 2.- P. 550-556.
  3. Holmberg C. G., Laurell C. B. Investigations in serum copper. III // Acta Chem. Scand.- 1951.- Vol. 5.- P. 476-480.
  4. Ryden L. Evidence for proteolytic fragments in commercial samples of human ceruloplasmin // FEBS Lett.- 1971.- Vol. 18.- P. 321-325.
  5. Соколов А. В., Костевич В. А. Протеолитическая деградация церулоплазмина тромбином - пример неканонического гидролиза связи K887-V888 // Мед. акад. журн.- 2010.- Т. 10.- С. 63-64
  6. Самыгина В. Р., Соколов А. В., Пулина М. О., Бартуник Г., Васильев В. Б. Рентгеноструктурный анализ высокоочищенного церулоплазмина человека // Кристаллография.- 2008.- Т. 53.- С. 690-698.
  7. Poulik M. D. Heterogeneity and structure of human ceruloplasmin // Ann. N.Y. Acad. Sci.- 1968.- Vol. 151.- P. 476-501.
  8. Simons K., Bearn A. G. Isolation and partial characterization of the polypeptide chains of human ceruloplasmin // Biochim. Biophys. Acta.- 1969.- Vol. 175.- P. 260-270.
  9. Ryden L. Single-chain structure of human ceruloplasmin // Eur. J. Biochem.- 1972.- Vol. 26.- P. 380-386.
  10. McCombs M. L., Bowman B. H. Biochemical studies of ceruloplasmin // Biochim. Biophys. Acta.- 1976.- Vol. 434.- P. 452-461.
  11. Takahashi N., Bauman R. A., Ortel T. L., Dwulet F. E., Wang C.-C., Putnam F. W. Internal triplication in the structure of human ceruloplasmin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1983.- Vol. 80.- P. 115-119.
  12. Kingston I. B., Kingston B. L., Putnam F. W. Chemical evidence that proteolytic cleavage causes the heterogeneity present in human ceruloplasmin preparations // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1977.- Vol. 74.- P. 5377-5381.
  13. Kingston I. B., Kingston B. L., Putnam F. W. Complete amino acid sequence of a histidine-rich proteolytic fragment of human ceruloplasmin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1979.- Vol. 76.- P. 1668-1672.
  14. Prozorovski V. N., Rashkovetski L. G., Vasiliev V. B., Shavlovski M. M., Neifakh S. A. Evidence that human ceruloplasmin molecule consists of homologous parts // Int. J. Pept. Prot. Res.- 1982.- Vol. 19.- P. 40-53.
  15. Соколов А. В., Захарова Е. Т., Шавловский М. М., Васильев В. Б. Получение стабильного церулоплазмина человека и его взаимодействие с протамином кеты // Биоорганическая химия.- 2005.- Т. 31.- С. 1-11.
  16. Соколов А. В., Костевич В. А., Романико Д. Н., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Двухстадийный метод получения церулоплазмина на основе его взаимодействия с неомицином // Биохимия.- 2012.- Т. 77.- С. 775-784.
  17. Соколов А. В., Захарова Е. Т., Костевич В. А., Васильев В. Б. Способ получения особо чистого препарат ферроксидазы церулоплазмина и/или фактора свертывания крови протромбина. Аффинный сорбент для их получения. Патент на изобретение RUS 2488403 15.12.2011
  18. Noyer M., Dwulet F. E., Hao Y. L., Putnam F. W. Purification and characterization of undegraded human ceruloplasmin // Anal. Biochem.- 1980.- Vol. 102.- P. 450-458.
  19. Ehrenwald E., Fox P. L. Isolation of nonlabile human ceruloplasmin by chromatographic removal of a plasma metalloproteinase // Arch. Biochem. Biophys.- 1994.- Vol. 309.- P. 392-395.
  20. Bianchini, A., Musci, G., Calabrese, L. Inhibition of endothelial nitric-oxide synthase by ceruloplasmin // J. Biol. Chem.- 1999.- Vol. 274.- P. 20265-20270.
  21. Соколов А. В., Пулина М. О., Агеева К. В., Черкалина О. С., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Идентификация комплексов церулоплазмина с матриксными металлопротеиназами 2 и 12 // Биохимия.- 2009.- Т. 74.- С. 1703-1708.
  22. Соколов А. В., Пулина М. О., Агеева К. В., Рунова О. Л., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Идентификация катионных белков лейкоцитов, взаимодействующих с церулоплазмином // Биохимия.- 2007.- Т. 72.- С. 1072-1077.
  23. Соколов А. В., Агеева К. В., Костевич В. А., Берлов М. Н., Рунова О. Л., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Исследование взаимодействия церулоплазмина с серпроцидинами // Биохимия.- 2010.- Т. 75.- С. 1544-1552.
  24. Kim I. G., Park S. Y. Requirement of intact human ceruloplasmin for the glutathione-linked peroxidase activity // FEBS Letters.- 1998.- Vol. 437.- P. 293-296.
  25. Van Eden M. E., Aust S. D. Intact human ceruloplasmin is required for the incorporation of iron into human ferritin // Arch. Biochem. Biophys.- 2000.- Vol. 381.- P. 119-126.
  26. Панасенко О. М., Чеканов А. В., Власова И. И., Соколов А. В., Агеева К. В., Пулина М. О., Черкалина О. С., Васильев В. Б. Влияние церулоплазмина и лактоферрина на хлорирующую активность лейкоцитарной миелопероксидазы. Изучение методом хемилюминесценции // Биофизика.- 2008.- Т. 53.- С. 573-581.
  27. Sokolov A. V., Ageeva K. V., Pulina M. O., Tcherkalina O. S., Samygina V. R., Vlasova I. I., Panasenko O. M., Zakharova E. T., Vasilyev V. B. Ceruloplasmin and myeloperoxidase in complex affect the enzymatic properties of each other / / Free Rad. Res.- 2008.- Vol. 42.- P. 989-998.
  28. Sang Q. A. Specific proteolysis of ceruloplasmin by leukocyte elastase // Biochem. Mol. Biol. Int.- 1995.- Vol. 37.- P. 573-581.
  29. Musci G., Bonaccorsi di Patti M. C., Petruzzelli R., Giartosio A., Calabrese L. Divalent cation binding to ceruloplasmin // Biometals.- 1996.- Vol. 9.- P. 66-72.
  30. Church W. R., Jernigan R. L., Toole J., Hewick R. M., Knopf J., Knutson G. J., Nesheim M. E., Mann K. G., Fass D. N. Coagulation factors V and VIII and ceruloplasmin constitute a family of structurally related proteins / / Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1984.- Vol. 81.- P. 6934-6937.
  31. Sokolov A. V., Acquasaliente L., Kostevich V. A., Frasson R., Zakharova E. T., Pontarollo G., Vasilyev V. B., De Filippis V. Thrombin Inhibits the Anti-Myeloperoxidase and Ferroxidase Functions of Ceruloplasmin: Relevance in Rheumatoid Arthritis // Free Rad. Biol. Med.- 2015.- Vol. 86.- P. 279-294.
  32. Varisco P. A., Péclat V., van Ness K., Bischof-Delaloye A., So A., Busso N. Effect of thrombin inhibition on synovial inflammation in antigen induced arthritis // Ann. Rheum. Dis.- 2000.- Vol. 59.- P. 781-787.
  33. Marty I., Péclat V., Kirdaite G., Salvi R., So A., Busso N. Amelioration of collagen-induced arthritis by thrombin inhibition // J. Clin. Invest.- 2001.- Vol. 107.- P. 631-340.
  34. Fling S. P, Gregerson D. S. Peptide and protein molecular weight determination by electrophoresis using a high-molarity tris buffer system without urea // Anal. Biochem.- 1986.- Vol. 155.- P. 83-88.
  35. Anderson N. L., Nance S. L., Pearson T. W., Anderson N. G. Specific antiserum staining of two-dimensional electrophoretic patterns of human plasma proteins immobilized on nitrocellulose // Electrophoresis.- 1982.- Vol. 3.- P. 135-142.
  36. Соколов А. В. Структурно-функциональная характеристика комплексов церулоплазмина с белками лейкоцитов и их роль при воспалительных процессах: дисс. д-ра биол. наук ФГБНУ «ИЭМ».- СПб., 2015.
  37. Соколов А. В., Пулина М. О., Агеева К. В., Айрапетов М. И., Волгин Г. Н., Берлов М. Н., Марков А. Г., Яблонский П. К., Колодкин Н. И., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Взаимодействие церулоплазмина, лактоферрина и миелопероксидазы // Биохимия.- 2007.- Т. 72.- С. 506-514.
  38. Макаров В. А, Момот А. П., Баркаган З. С., Мамаев А. Н., Воюшина Т. Л., Шилова А. Н., Зяблицкая Н. К., Неведрова О. А. Новый метод определения антитромбина III и его диагностическое значение / / Клиническая лабораторная диагностика.- 2004.- Т. 7.- С. 18-21.
  39. Mann K. G., Lawler C. M., Vehar G. A., Church W. R. Coagulation Factor V contains copper ion // J. Biol. Chem.- 1984.- Vol. 259.- P. 12949-12951.
  40. Tagliavacca L., Moon N., Dunham W. R., Kaufman R. J. Identification and functional requirement of Cu(I) and its ligands within coagulation factor VIII // J. Biol. Chem.- 1997.- Vol. 272.- P. 27428-27434.
  41. Wakabayashi H., Koszelak M. E., Mastri M., Fay P. J. Metal ion-independent association of factor VIII subunits and the roles of calcium and copper ions for cofactor activity and inter-subunit affinity // Biochemistry.- 2001.- Vol. 40.- P. 10293-10300.
  42. De Filippis V., Vassiliev V.B., Beltramini M., Fontana A., Salvato B., Gaitskhoki V. S. Evidence for the molten globule state of human apoceruloplasmin // Biochim. Biophys. Acta.- 1996.- Vol. 1297.- P. 119-123.
  43. Ofosu F. A. Modulation of the enzymatic activity of alpha-thrombin by polyanions: consequences on intrinsic activation of factor V and factor VIII // Haemostasis.- 1991.- Vol. 21.- P. 240-247.
  44. Белова С. В., Корякина Е. В. Состояние окислительного гомеостаза и возможность его коррекции в условиях экспериментального ревматоидного артрита // Росс. физиол. журн.- 2008.- Т. 94.- С. 962-968.
  45. Squitti R., Quattrocchi C. C., Salustri C., Rossini P. M. Ceruloplasmin fragmentation is implicated in ‘free’ copper deregulation of Alzheimer’s disease // Prion.- 2008.- Vol. 2.- P. 23-27.
  46. Naughton D. P., Knappitt J., Fairburn K., Gaffney K., Blake D. R., Grootveld M. Detection and investigation of the molecular nature of low-molecular-mass copper ions in isolated rheumatoid knee-joint synovial fluid // FEBS Lett.- 1995.- Vol. 361.- P. 167-172.
  47. Sokolov A. V., Solovyov K. V., Kostevich V. A., Pulina M. O., Zakharova E. T., Shavlovski M. M., Vasilyev V. B., Chekanov A. V., Panasenko O. M. Protection of ceruloplasmin by lactoferrin against hydroxyl radicals is pH dependent // Biochem. Cell Biol.- Vol. 90.- P. 397-404.
  48. Aaseth J., Haugen M., Ferre O. Rheumatoid arthritis and metal compounds - perspectives on the role of oxygen radical detoxification // Analyst.- 1998.- Vol. 123.- P. 3-6.
  49. So A. K., Varisco P. A., Kemkes-Matthes B., Herkenne-Morard C., Chobaz-Péclat V., Gerster J. C., Busso N. Arthritis is linked to local and systemic activation of coagulation and fibrinolysis pathways // J. Thromb. Haemost.- 2003.- Vol. 1.- P. 2510-2515.
  50. Islam K. N., Takahashi M., Higashiyama S., Myint T., Uozumi N. Fragmentation of ceruloplasmin following non-enzymatic glycation reaction // J. Biochem.- 1995.- Vol. 118.- P. 1054-1060.
  51. Lunec J., Halloran S. P., White A. G., Dormandy T. L. Free-radical oxidation (peroxidation) products in serum and synovial fluid in rheumatoid arthritis // J. Rheumatol.- 1981.- Vol. 8.- P. 233-245.
  52. Панасенко О. М., Горудко И. В., Соколов А. В. Хлорноватистая кислота как источник свободных радикалов // Успехи биологической химии.- 2013.- Т. 53.- С. 195-244.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Sokolov A.V., Kostevich V.A., Zakharova E.T., Acquasaliente L., De Filippis V., Vasyliev V.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 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».