Научная статья на тему 'КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЦИТОТОКСИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ МЕТИОНИН–γ-ЛИАЗЫ CLOSTRIDIUM TETANI, CLOSTRIDIUM SPOROGENES, PORPHYROMONAS GINGIVALIS И CITROBACTER FREUNDII'

КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЦИТОТОКСИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ МЕТИОНИН–γ-ЛИАЗЫ CLOSTRIDIUM TETANI, CLOSTRIDIUM SPOROGENES, PORPHYROMONAS GINGIVALIS И CITROBACTER FREUNDII Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
481
164
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Acta Naturae (русскоязычная версия)
WOS
Scopus
ВАК
RSCI
PubMed
Ключевые слова
КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ / МЕТИОНИН–γ-ЛИАЗА / ПАТОГЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ / ОЛИГОМЕРНАЯ СТРУКТУРА / ЦИТОТОКСИЧНОСТЬ

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Морозова Е. А., Куликова В. В., Яшин Д. В., Ануфриева Н. В., Анисимова Н. Ю.

Определены параметры стационарной кинетики пиридоксаль-5''-фосфат-зависимой рекомбинантной метионин–γ-лиазы из трех патогенных бактерий – Clostridium sporogenes, Clostridium tetani и Porphyromonas gingivalis в реакциях γи β-элиминирования. Наибольшую каталитическую эффективность в реакции γ-элиминирования L-метионина имеет фермент из C. sporogenes. Показано, что фермент из этих трех источников является тетрамером, а наличие полигистидинового фрагмента на N-концах полипептидных цепей рекомбинантных ферментов влияет на их каталитическую активность и в условиях денатурации способствует агрегации мономеров с образованием димерных форм. На культурах опухолевых клеток K562, PC-3, LnCap, MCF7, SKOV-3, L5178y оценена цитотоксичность метионин–γ-лиазы C. sporogenes и C. tetani в сравнении с ферментом из Citrobacter freundii. Наиболее чувствительными были культуры клеток – K562, PC-3 и MCF7 – IC 50 = 0.4–1.3, 0.1–0.4 и 0.04–3.2 ед./мл соответственно.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Морозова Е. А., Куликова В. В., Яшин Д. В., Ануфриева Н. В., Анисимова Н. Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЦИТОТОКСИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ МЕТИОНИН–γ-ЛИАЗЫ CLOSTRIDIUM TETANI, CLOSTRIDIUM SPOROGENES, PORPHYROMONAS GINGIVALIS И CITROBACTER FREUNDII»

УДК 577.15; 615.355

Кинетические характеристики и цитотоксическая активность рекомбинантных препаратов метионин—у-лиазы Clostridium tetani, Clostridium sporogenes, Porphyromonas gingivalis и Citrobacter freundii

Е. А. Морозова1, В. В. Куликова1, Д. В. Яшин2, Н. В. Ануфриева1, Н. Ю. Анисимова3,

С. В. Ревтович1, М. И. Котлов4, Ю. Ф. Белый4, В. С. Покровский3*, Т. В. Демидкина1*

1Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991, Москва, ул. Вавилова, 32 2Институт биологии гена РАН, 119334, Москва, ул. Вавилова, 34/5 3Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН, 115478, Москва, Каширское ш., 24

4Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи МЗ Российской Федерации, 123098, Москва, ул. Гамалеи, 18 *E-mail: vadimpokrovsky@yandex.ru, tvd@eimb.ru Поступила в редакцию 04.03.2013

РЕФЕРАТ Определены параметры стационарной кинетики пиридоксаль-5'-фосфат-зависимой рекомбинантной метионин-у-лиазы из трех патогенных бактерий - Clostridium sporogenes, Clostridium tetani и Porphyromonas gingivalis в реакциях у- и ß-элиминирования. Наибольшую каталитическую эффективность в реакции y-элиминирования L-метионина имеет фермент из C. sporogenes. Показано, что фермент из этих трех источников является тетрамером, а наличие полигистидинового фрагмента на N-концах полипептид-ных цепей рекомбинантных ферментов влияет на их каталитическую активность и в условиях денатурации способствует агрегации мономеров с образованием димерных форм. На культурах опухолевых клеток K562, PC-3, LnCap, MCF7, SKOV-3, L5178y оценена цитотоксичность метионин-у-лиазы C. sporogenes и C. tetani в сравнении с ферментом из Citrobacter freundii. Наиболее чувствительными были культуры клеток - K562, PC-3 и MCF7 - IC50 = 0.4-1.3, 0.1—0.4 и 0.04-3.2 ед./мл соответственно.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА кинетические параметры, метионин-у-лиаза, патогенные микроорганизмы, олигомерная структура, цитотоксичность.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ДТТ - дитиотреитол; МГЛ - метионин-у-лиаза; ПЛФ - пиридоксаль-5'-фосфат; His-tag - полигистидиновый фрагмент.

ВВЕДЕНИЕ

Метионин-у-лиаза (МГЛ) [КФ 4.4.1.11] - пиридоксаль-5'-фосфат-зависимый фермент, катализирующий реакцию у-элиминирования Ь-метионина с образованием метилмеркаптана, а-кетомасляной кислоты и аммиака:

Помимо физиологической реакции, фермент катализирует реакцию Р-элиминирования Ь-цистеина и его S-замещенных производных с образованием со-

ответствующих меркаптанов, пировинограднои кислоты и аммиака [1]. Фермент был выделен из ряда бактерии, эукариотических простейших и грибов [2]. Этого фермента нет в клетках млекопитающих, но он присутствует у таких патогенных бактерии, как Aeromonas ssp. [3], Clostridium sporogenes [4], Porphyromonas gingivalis [5] и у патогенных простейших Entamoeba histolytica [6], Trichomonas vaginalis [7], что позволяет рассматривать его в качестве мишени для новых антибактериальных средств. Фермент представляет интерес в качестве противоопухолевого средства, поскольку для роста злокачественных клеток различного происхождения, в отличие

96 | ACTA NATURAE | ТОМ 5 № 3 (18) 2013

от нормальных, абсолютно необходим метионин [8]. Перспективность разработки противоопухолевого средства на основе МГЛ из Pseudomonas putida показана in vitro и in vivo [9-12]. Противоопухолевую активность фермента из A. flavipes в отношении ряда опухолей человека наблюдали in vitro [13]. В представленной работе определены некоторые кинетические характеристики рекомбинантных препаратов МГЛ, полученных из патогенных микроорганизмов -C. tetani (возбудитель столбняка), C. sporogenes (возбудитель газовой гангрены и энтеритов), P. gingivalis (возбудитель пародонтитов), и данные о цитотокси-ческой активности фермента из этих источников и из C. freundii.

экспериментальная часть

Выращивание бактериальных масс и очистка фермента

Клетки Escherichia coli BL21(DE3), содержащие гены МГЛ из C. sporogenes, C. tetani, P. gingivalis в плазмиде pET-28a [14], выращивали на «индуцирующей» среде [15] при 37°С с перемешиванием (180 об/мин) в течение 24 ч. Клетки собирали центрифугированием и хранили при -80°С. Разрушение клеток и освобождение от нуклеиновых кислот проводили согласно [16]. После отделения нуклеиновых кислот препараты переводили в 50 мМ калий-фосфатный буфер, рН 8.0, содержащий 0.05 мМ пиридоксаль-5 '-фосфат (ПЛФ), используя «Centricon-30 ultrafiltration unit» (Amicon, США). Полипептидные цепи фермента, выделенного из трех источников, содержали на N-концах полигистидиновые последовательности MGSSHHHHHHSSGLVPRGSH. Препараты очищали, используя аффинную хроматографию на колонке c сорбентом №2+1МАС-сефароза (GE Healthcare, Швеция), для элюции МГЛ использовали градиент имидазола 10-500 мМ в 50 мМ калий-фосфатном буфере, рН 8.0, содержащем 0.05 мМ ПЛФ. Фракции, имевшие характерные спектры пиридоксаль-5'-фосфат-зависимых ферментов с ^max в области 420 нм, выходили при 25-155 мМ имидазола. Выращивание биомассы клеток E. coli BL21(DE3), содержащих плазмиду с геном МГЛ из C. freundii, и очистку фермента проводили как описано в работе [17]. Концентрацию очищенных препаратов определяли, используя коэффициент А№278 = 0.8 [17]. Чистоту препаратов проверяли при помощи электрофореза в денатурирующих условиях по методу Лэммли [18]. Полосы на электрофореграммах идентифицировали с использованием окрашивания Кумасси R-250 [19] и вестерн-блотинга с реагентом на полигистидиновый фрагмент HisProbe-HRP (Thermo scientific, Rockford, IL, США) [20]. Активность препаратов в реакции

Y-элиминирования определяли по скорости образования а-кетомасляной кислоты в сопряженной реакции с D-2-гидроксиизокапроатдегидрогеназой в условиях, описанных в работе [17]. За единицу ферментативной активности принимали количество МГЛ, катализирующее образование 1.0 мкМ/мин а-кетобутирата при 30°С. Удельные активности фермента из C. tetani, C. sporogenes, P. gingivalis и C. freundii составили 16.6, 12.8, 5.0, 10.2 ед./мг соответственно.

Отщепление His-tag проводили в реакции с тромбином. Реакционную смесь (1 мл), содержащую 10 мг фермента в 50 мМ калий-фосфатном буфере, рН 8.0, 1 мМ ДТТ, 0.05 мМ ПЛФ и 100 ед. тромбина, инкубировали в течение 24 ч при 4°С. Далее препарат очищали гель-фильтрацией на колонке с Superdex 200 (GE Healthcare, Швеция), уравновешенной 50 мМ калий-фосфатным буфером, рН 8.0, содержащим 1 мМ ДТТ и 0.05 мМ ПЛФ. Гомогенность препарата определяли при помощи электрофореза в денатурирующих условиях.

Определение олигомерного состава МГЛ из

C. tetani, C. sporogenes, P. gingivalis Определяли молекулярные массы ферментов из C. tetani, C. sporogenes, P. gingivalis в препаратах, содержащих His-tag, и после отщепления фрагмента тромбином с последующей гель-фильтрацией на колонке Superdex 200 10/300 GL (GE Healthcare, Швеция). Для элюции использовали 50 мМ калий-фосфатный буфер, рН 8.0, содержащий 0.05 мМ ПЛФ и 1 мМ ДТТ.

Определение стационарных кинетических параметров реакций у- и Р-элиминирования

Стационарные параметры реакций у- и в-эли-минирования определяли по скорости образования а-кетомасляной и пировиноградной кислот в сопряженных реакциях с D-2-гидрокси-изокапроатдегидрогеназой и лактатдегидроге-назой в условиях, приведенных в работе [17], варьируя концентрацию субстратов в реакционных смесях. Данные обрабатывали согласно уравнению Михаэлиса-Ментен в программе Enzfitter. В расчетах использовали величины молекулярных масс субъединиц фермента с учетом His-tag, которые составляли 44.04, 44.36, 44.08 кДа для МГЛ из C. tetani, C. sporogenes, P. gingivalis соответственно.

Оценка цитотоксичности in vitro Цитотоксическую активность МГЛ различного происхождения тестировали на линиях клеток лим-фаденоза Фишера мышей L5178y (коллекция опухолевых штаммов РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН), рака предстательной железы человека PC-3 и Ln-

ТОМ S № 3 (1В) 2013 I ACTA NATURAE | 97

Cap (ATCC, США), рака молочной железы человека MCF7 (ATCC, США), хронического эритробластного лейкоза человека K562 (ATCC, США), рака яичников человека SKOV-3 (коллекция опухолевых штаммов РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН). Клетки культивировали при 37°С и 5% СО2 в среде RPMI 1640 («ПанЭко», Россия), содержащей 10% фетальной бычьей сыворотки (HyClone Laboratories, Великобритания), 2 мМ L-глутамина, 100 ЕД/мл пенициллина и стрептомицина («ПанЭко», Россия). Достигшие логарифмической фазы роста клетки пассировали в плоскодонные 96-луночные микропланшеты (Costar, США) по (4-6) х 104 клеток на лунку и преинкубирова-ли в течение 24 ч перед добавлением тестируемых ферментов в указанных выше условиях. Световую микроскопию клеток проводили с помощью системы AxioVision 4 (Carl Zeiss, Германия). Жизнеспособность клеток определяли по исключению красителя трипанового синего («ПанЭко», Россия). Число клеток подсчитывали в камере Горяева.

Препараты МГЛ в среде RPMI 1640 в широком диапазоне прогрессивно уменьшающихся концентраций добавляли в лунки с клеточной культурой и коинку-бировали в течение 72 ч. В дополнение к МГЛ среда культивирования содержала 5 х 10-4 М ПЛФ. Диапазон концентраций ферментов в среде культивирования соответствовал 0.000001-6.2 ед./мл. В контрольные лунки добавляли в том же объеме среду RPMI 1640 с ПЛФ. Уровень клеточного метаболизма по окончании периода инкубации определяли с помощью стандартного МТТ-колориметрического метода [21]. Оптическое поглощение окрашенных растворов диметилсульфок-сида измеряли на планшетном фотометре Multiskan MS (Labsystems, Финляндия) при к = 540 нм. Жизнеспособность клеточной культуры после коинкубации с тестируемыми субстанциями оценивали по формуле: (NyNJ х 100%, где No - оптическое поглощение в опытных пробах, N - оптическое поглощение в контроле. Методом нелинейной регрессии рассчитывали ингибирующую концентрацию каждого фермента в среде, т.е. концентрацию, которая вызывала снижение количества живых клеток на 50% (IC50).

Статистическая обработка данных

Данные обрабатывали с применением пакета SPSS 11.5. Взаимосвязи IC50 и Км изучали с помощью корреляционного анализа Пирсона. Рассчитывали коэффициенты корреляции как по сгруппированным данным о цитотоксичности в различных клеточных линиях, так и в несгруппированных данных. В первом случае в корреляционный анализ включали среднее геометрическое значение IC50 для различных культур клеток. Во втором случае цитотоксичность на каждой клеточной линии рассматривали отдельно, данные

предварительно логарифмировали для симметризации закона распределения.

Для сравнения цитотоксичности полученных ферментов С. freundii, C. sporogenes и C. tetani использовали однофакторный дисперсионный анализ. Поскольку дисперсии 1С50 в группах значительно различались, проводили анализ логарифмированных данных. Рассчитывали значения Mean ± SD -среднее арифметическое и стандартное отклонение; среднее геометрическое (антилогарифм средних логарифмированных значений); pANOVA= 0.005 - статистическую значимость различий по данным дисперсионного анализа в целом. Статистическую значимость различий цитотоксической активности разных ферментов оценивали по методу Тьюки.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕнИЕ

Кинетические параметры МГЛ из трех патогенных бактерий

Мы определили параметры стационарной кинетики МГЛ из трех источников в реакции у-элиминирования для трех субстратов - L-метионина, L-метионин-сульфоксида, S-этил-L-гомоцистеина, и в реакции в-элиминирования для двух субстратов - S-этил-L-цистеина и S-бензил^-цистеина. Данные приведены в табл. 1 в сравнении с параметрами для МГЛ из C. freundii.

В целом кинетические параметры трех ферментов и МГЛ из C. freundii оказались сравнимыми. Фермент из С. sporogenes имеет наибольшую по сравнению с другими ферментами каталитическую эффективность (величина к /К ) в реакции с физиологическим субстратом, а фермент из P. gingivalis - наименьшую. Как упоминалось выше, ранее противоопухолевую активность определяли преимущественно для МГЛ из P. putida [22, 23]. Величины к , К , к /К реакции у-элиминирования

кат м7 кат м 1 * 1

L-метионина у МГЛ из этого источника составляют 25.39 с-1, 0.92 мМ, 2.76 х 104 М-1с-1 соответственно [24]; т.е. фермент из C. sporogenes имеет лучшее сродство к L-метионину, чем МГЛ из P. putida, а их каталитические эффективности практически одинаковы.

Олигомерная структура рекомбинантных белков

Ранее было показано, что МГЛ из P. putida в растворе находится в виде тетрамера [25]. Данные рентгеноструктурного анализа рекомбинантной МГЛ C. freundii также свидетельствовали, что фермент представлен тетрамерной формой [26].

На электрофореграммах денатурированных препаратов из C. sporogenes, C. tetani и P. gingivalis выявлены две основные полосы - одна, соответствующая молекулярной массе субъединицы, и вторая, с мо-

1 2 3 4 5

86 кДа 43 кДа

Рис. 1. Электрофорез (А) и вестерн-блот (Б) МГЛ из различных источников.

1 - Стандартные маркеры молекулярных масс, 2 - препарат МГЛ из С. fre-ипбіі, 3 - препарат МГЛ из Р. діпд^а^,

4 - препарат МГЛ из С. sporogenes,

5 - препарат МГЛ из С. іеіапі

Б

2

3

4

5

Таблица 1. Кинетические параметры МГЛ из различных источников*

Субстрат МГЛ P. gingivalis МГЛ C. tetani МГЛ C. sporogenes МГЛ C. freundii**

k , кат’ С-1 К , м’ м]Й k /K , кат м’ M-1c-1 k , кат’ С-1 K , м’ м]Й k , K , кат м’ mV1 k , кат’ С-1 K , м’ мМ k , K , кат м’ mV1 k , кат’ С-1 K , м’ мМ k , K , кат / м’ mV1

L-Met 3.9 1.77 2.2 х 103 12 0.947 1.27 х 104 9.86 0.432 2.28 х 104 6.2 0.7 8.85 х 103

S-Et-L-Hcy 3.84 0.93 4.13 х 103 5.89 0.545 1.08 х 104 7.05 0.278 2.54 х 104 6.78 0.54 1.26 х 104

L-Met(SO) 5.05 12.22 4.13 х 102 2.7 7.07 3.82 х 102 6.7 33.51 2.0 х 102 2.52 6.21 4.06 х 102

S-Et-L-Cys 8.05 2.17 3.71 х 103 7.08 0.72 9.83 х 103 6.3 0.358 1.76 х 104 5.03 0.17 2.96 х 104

S-Bz-L-Cys 5.8 1.47 3.94 х 103 8.5 0.766 1.11 х 104 10 0.348 2.87 х 104 8.16 0.18 4.53 х 104

*Средняя квадратичная ошибка эксперимента при определении кинетических параметров не превышала 10%.

**Данные работ [16, 17].

лекулярной массой, большей в 2 раза (рис. 1А). Обе эти полосы взаимодействовали с реагентом на His-tag (рис. 1Б). Полосы, соответствующие димерной форме МГЛ, могли образоваться либо при окислении сульфгидрильных групп МГЛ в условиях проведения электрофореза по Лэммли, либо за счет His-tag. Во многих случаях присутствие His-tag на П или С-концевых участках рекомбинантных белков не влияет на их структуру и функцию [27], однако имеются данные и о влиянии His-tag на структуру и функцию белков. Так, показано [28], что наличие His-tag на С-конце восстанавливает способность к ди-меризации мутантной формы ДНК-связывающего белка я305, в отличие от белка дикого типа к димери-зации не способного. Присутствие His-tag на П-конце галактитол-1-фосфат-5-дегидрогеназы снизило стабильность фермента и привело к агрегации димерных молекул [29].

Можно было предположить, что присутствие на П-концах полипептидных цепей МГЛ из С. sporo-

genes, C. tetani и P. gingivalis последовательности MGSSHHHHHHSSGLVPRGSH влияет на олигомерную организацию фермента.

Молекулярную массу нативных препаратов МГЛ из трех упомянутых выше источников и из C. freun-dii определяли методом гель-фильтрации. Установлено, что фермент из всех источников представлен тетрамерной формой. На рис. 2 приведены данные гель-фильтрации МГЛ из C. sporogenes. Показано, что молекулярные массы препаратов из C. sporo-genes, C. tetani и P. gingivalis после отщепления His-tag тромбином составляют примерно 170 кДа, что соответствует тетрамерным формам. Следует отметить, что в препарате МГЛ из C. tetani присутствовала олигомерная форма (обладающая физиологической активностью МГЛ) с молекулярной массой приблизительно 258 кДа. На электрофореграммах всех препаратов димерные формы отсутствовали (рис. 3), что исключает упомянутую выше возможность их образования при окислении сульфгидриль-

Объем, мл

Рис. 2. Гель-фильтрация образцов МГЛ из С. sporo-genes. Колонку калибровали с использованием стандартных маркеров, молекулярные массы которых указаны на рисунке

Рис. 3. Электрофорез образцов МГЛ из С. sporo-genes. 1 - Препарат с His-tag,

2 - препарат после отщепления His-tag тромбином,

3 - стандартные маркеры молекулярных масс

7

2

3

ных групп МГЛ в стандартных условиях электрофореза по Лэммли. Таким образом, димерная форма МГЛ наблюдается только при гель-электрофорезе денатурированных препаратов из трех источников, содержащих His-tag на П-концах полипептидных цепей.

Согласно данным рентгеноструктурного анализа те-трамерная молекула С. freundii МГЛ состоит из двух каталитических димеров, в каждом из которых два активных центра образованы остатками из двух субъединиц. П-Концевые домены каждой из субъединиц участвуют как в формировании димера, образуя множественные водородные связи с остатками С-концевого домена соседней субъединицы, так и в ассоциации двух каталитических димеров, контактируя с остатками двух С-концевых доменов второго каталитического димера (рис. 4) [26]. Возможно, что П-концевой His-tag, присутствующий в молекулах МГЛ из С. sporogenes, С. tetani и Р. дтдтаШ, образует дополнительные контакты с остатками С-концевого домена как каталитического димера, так и с С-концевыми остатками двух субъединиц второго каталитического димера, и в денатурированных препаратах может происходить диме-ризация субъединиц.

Удельная активность препаратов МГЛ из С. sporogenes, С. tetani и Р. дтдюа^, определенная после отщепления His-tag тромбином в реакции у-элиминирования Ь-метионина, оказалась в 1.5 раза выше. Увеличение удельной активности препаратов на 50% нельзя объяснить только их незначительной дополнительной очисткой после обработки тромбином. Вероятно, присутствие His-tag может влиять на активность МГЛ.

Для объяснения разной каталитической эффективности ферментов и возможного влияния His-tag на П-концевых участках полипептидных цепей МГЛ из С. sporogenes, С. tetani и Р. дтдтаШ на активность фермента требуются дальнейшие исследования с привлечением данных рентгеноструктурного анализа.

Цитотоксичность метионин-у-лиазы С. freundii,

С. sporogenes и С. tetani

Расчетные значения 1С50 МГЛ различного происхождения на панели клеточных культур представлены в табл. 2. Наиболее чувствительными к действию ферментов оказались культуры клеток рака предстательной железы РС-3 и хронического эри-тробластного лейкоза человека К562, величины 1С50 составили у них 0.1—0.4 и 0.4-1.3 ед./мл соответственно. Наименьшей чувствительностью характеризова-

Таблица 2. 1С50 МГЛ для ряда культур опухолевых клеток

Культура клеток 1С50 МГЛ, ед./мл

С. /гвипЛп С. sporogenes С. ґвґапі

К562 1.3 0.9 0.4

РС-3 0.1 0.4 -

LnСap > 2.9 > 2.9 > 6.2

МСЕ7 0.5 0.04 3.2

L5178y 1.7 > 2.9 -

SСOV-3 - - 5.3

Рис. 4. Тетрамер МГЛ из С. freundii. Субъединицы окрашены разными цветами, активные центры отмечены розовым, область контактов между каталитическими димерами выделена желтым

лись клетки рака предстательной железы LnCap -в изученных диапазонах концентраций ни для одного из ферментов величину 1С50 определить не удалось. Чувствительность клеток K562 и MCF7 к МГЛ отличается значительной вариабельностью.

Полученные результаты свидетельствуют об относительно высокой чувствительности большинства изученных клеток к МГЛ. Так, цитотоксичность МГЛ сопоставима с цитотоксичностью известных ферментов, в частности, L-аспарагиназы E. coli: на культурах клеток K562 и MCF7 1С50 для L-аспарагиназы E. coli составляет 0.8 и 10.9 ед./мл соответственно [30]. Наиболее близкой по уровню цитотоксичности к МГЛ P. putida оказался фермент C. sporogenes.

Существует статистически обоснованная гипотеза о прямой зависимости противоопухолевого эффек-

та препаратов, действие которых основано на разрушении другой аминокислоты - L-аспарагина (L-аспарагиназ) [31, 32]. В этой связи представляет интерес вклад ферментативной активности в реализацию цитотоксического эффекта МГЛ. При статистическом анализе сгруппированных данных о зависимости цитотоксичности МГЛ от К в отношении разных субстратов взаимосвязи между этими параметрами не обнаружены. Однако установлена тенденция к положительной взаимосвязи между К по отношению к L-метионину и IC50 (r = 0.549, р = 0.100), что косвенно подтверждает существование зависимости между ферментативным уменьшением уровня метионина в среде и цитотоксической активностью.

Выявленная тенденция к повышению Ic50 при увеличении Км может позволить с осторожностью прогнозировать возможность увеличения цитотоксичности МГЛ по мере повышения сродства к L-метионину. Это не противоречит существующей концепции об используемых в онкологии ферментах как о препаратах, противоопухолевый эффект которых связан с повышенной чувствительностью злокачественных клеток к дефициту аминокислот.

ВЫВОДЫ

Определение кинетических параметров и цитоток-сической активности МГЛ из трех бактериальных источников показало, что фермент из C. sporogenes представляет наибольший интерес для дальнейших исследований. Он обладает минимальной величиной Км по сравнению с другими изученными ферментами и наиболее высокой цитотоксичностью, близкой к цитотоксичности МГЛ из P. putida.

Результаты, полученные на культурах клеток K562, МCF7 и PC-3, позволяют считать перспективным дальнейшее изучение антипролиферативной активности МГЛ in vivo, а также на расширенной панели культур клеток in vitro с возможностью создания на основе этого фермента нового противоопухолевого препарата. •

Работа поддержана РФФИ

(грант № 11-04-12104-офи-м-2012) и грантом Президента РФ по поддержке ведущих научных школ (№ 2046.2012.4).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Tanaka H., Esaki N., Soda K. // Enzyme Microb. Technol. 1985. V. 7. P. 530-537.

2. El-Sayed A.S. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010. V. 86.

P. 445-467.

3. Nakayama T., Esaki N., Lee W.-J., Tanaka I., Tanaka H., Soda K. // Agric. Biol. Chem. 1984. V. 48. P. 2367-2369.

4. Kreis W., Hession C. // Cancer Res. 1973. V. 33. P. 1862-1865.

5. Yoshimura M., Nakano Y., Yamashita Y., Oho T., Saito T., Koga T. // Infection Immunity. 2000. V. 68. P. 6912-6916.

6. Tokoro M., Asai T., Kobayashi S., Takeuchi T., Nozaki T. // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 42717-42727.

7. Lockwood B., Coombs G. // Biochem. J. 1991. V. 279. P. 675682.

8. Cellarier E., Durando X., Vasson M.P., Farges M.C., Demiden A., Maurizis J.C., Madelmont J.C., Chollet P. // Cancer Treat Rev. 2003. V. 29. P. 488-489.

9. Yoshioka T., Wada T., Uchida N., Maki H., Yoshida H., Ide N., Kasai H., Hojo K., Shono K., Maekawa R., et al. // Cancer Res. 1998. V. 58. P. 2583-2587.

10. Miki K., Xu M., An Z., Wang X., Yang M., Al-Refaie W., Sun X., Baranov E., Tan Y., Chishima T., et al. // Cancer Gene Ther. 2000. V. 7. P. 332-338.

11. Miki K., Al-Refaie W., Xu M., Jiang P., Tan Y., Bouvet M., Zhao M., Gupta A., Chishima T., Shimada H., et al. // Cancer Res. 2000. V. 60. P. 2696-2702.

12. Tan Y., Xu M., Hoffman R.M. // Anticancer Res. 2010. V. 30.

P. 1041-1046.

13. El-Sayed A.S., Shouman S.A., Nassrat H.M. // Enzyme Mi-crob. Technol. 2012. V. 51. P. 200-210.

14. Ревтович С.В., Морозова Е.А., Ануфриева Н.В., Котлов М.И., Белый Ю.Ф., Демидкина Т.В. // ДАН. 2012. Т. 445. С. 187-193.

15. Studier F.W. // Protein Expr. Purif. 2005. V. 41. P. 207-234.

16. Манухов И.В., Мамаева Д.В., Морозова Е.А., Расторгуев С.М., Фалеев Н.Г., Демидкина Т.В., Завильгельский Г.Б. // Биохимия. 2006. Т. 71. С. 454-463.

17. Морозова Е.А., Бажулина Н.П., Ануфриева Н.В., Мамаева Д.В., Ткачев Я.В., Стрельцов С.А., Тимофеев В.П., Фалеев Н.Г., Демидкина Т.В. // Биохимия. 2010. Т. 75. С. 1435-1445.

18. Laemmli U.K. // Nature. 1970. V. 227. P. 680-685.

19. Meyer T.S., Lamberts B.L. // Biochim. Biophys. Acta. 1965.

V. 107. P. 144-145.

20. Towbin H., Staehelin T., Gordon J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1979. V. 76. P. 4350-4354.

21. Mossman T. // J. Immunol. Methods. 1983. V. 65. P. 55-63.

22. Xu W., Zhang X., Qian H., Zhu W., Sun X., Hu J., Zhou H., Chen Y. // Exp. Biol. Med. 2004. V. 229. P. 623-631.

23. Tan Y., Xu M., Hoffman R.M. // Anticancer Res. 2010. V. 30.

P. 1041-1046.

24. Kudou D., Misaki S., Yamashita M., Tamura T., Esaki N., Ina-gaki K. // Biosci. Biotechnol. Biochem. 2008. V. 72. P. 1722-1730.

25. Nakayama T., Esaki N., Sugie K., Berezov T.T., Tanaka H., Soda K. // Anal. Biochem. 1984. V. 138. P. 421-424.

26. Mamaeva D.V., Morozova E.A., Nikulin A.D., Revtovich S.V., Nikonov S.V., Garber M.B., Demidkina TV. // Acta Cryst. 2005. V. F61. P. 546-549.

27. Chant A., Kraemer-Pecore C.M., Watkin R., Kneale G.G. // Protein Expr. Purif. 2005. V. 39. P. 152-159.

28. Wu J., Filutowicz M. // Acta Biochem. Pol. 1999. V. 46.

P. 591-599.

29. Esteban-Torres M., Alvarez Y., Acebrón I., de las Rivas B., Muñoz R., Kohring G.W., Roa A.M., Sobrino M., Mancheño J.M. // FEBS Lett. 2012. V. 586. P. 3127-3133.

30. Pokrovskaya M.V., Aleksandrova S.S., Pokrovsky V.S., Omel-janjuk N.M., Borisova A.A., Anisimova N.Yu., Sokolov N.N. // Protein Expr. Purif. 2012. V. 82. P. 150-154.

31. Соколов Н.Н., Занин В.А., Александрова С.С. // Вопр. мед. химии. 2000. Т. 46. С. 531-548.

32. Красоткина Ю.В, Гладилина Ю.А., Борисова А.А., Гер-вазиев Ю.В., Абакумова О.Ю., Занин В.А., Соколов Н.Н. // Вопр. биол. мед. фарм. химии. 2008. № 3. С. 18-21.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.