CC BY
4ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
ПРИМЕНЕНИЕ ЭКЗОГЕННЫХ ФЕРМЕНТОВ В РЕГУЛЯЦИИ УРОВНЯ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРАХ И СЛОЖНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Шарапов М.Г.. Гончаров Р.Г., Парфенюк С.Б., Глушкова О.В., Новоселов В.И.
Институт биофизики клетки Российской академии наук, "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук", Пущино, Московская обл., 142290 Россия. E-mail: [email protected]
Редокс-гомеостаз клетки представляет из себя баланс между продукцией и элиминацией активных форм кислорода (АФК). Гиперпродукция АФК приводит к развитию окислительного стресса, лежащего в основе многих патологических состояний, в том числе социально-значимых заболеваний человека. В регуляции редокс-гомеостаза ведущая роль принадлежит ферментам-антиоксидантам, среди которых особое место занимают пероксиредоксины (Prdx) - эволюционно древнее семейство пероксидаз, которые способны восстанавливать широкий спектр органических и неорганических гидропероксидов, а также проявляют шаперонную, фосфолипазную и сигнально-регуляторную функцию в клетке. Применение экзогенных ферментов-антиоксидантов (в т.ч. Prdx) представляется перспективным подходом в коррекции патологий, связанных с окислительным стрессом [1]. Нашим коллективом были получены и охарактеризованы различные рекомбинантные Prdx человека и их модифицированные формы, с увеличенными защитными свойствами [2]. В условиях in vitro были проведены сравнительные исследования физико-химических свойств рекомбинантных Prdx1-6, которые позволили выявить наиболее активные изоформы для последующих испытаний in vivo на клеточных и животных моделях свободно-радикальных патологий: диабет, ишемически-реперфузионные поражения (ИРП) и острое лучевое поражение. Введение экзогенного Prdx6 мышам, с тяжелой формой аллоксан-индуцированного диабета 1-го типа, снижает (~2 раза) смертность животных, подавляет гипергликемию и апоптоз бета-клеток в островках Лангерганса. В культуре клеток инсулиномы крысы RIN-m5F экзогенный Prdx6 предотвращает цитотоксический эффект гипергликемии и действия провоспалительных цитокинов (TNF-a и IL-1P), благодаря стимуляции секреции инсулина и подавлению продукции АФК [3]. Применение Prdx6 в перфузионных растворах (~0,1 мг/ мл) способствует снижению ИРП изолированного сердца крысы и росту эффективности его трансплантации. Аналогичные результаты были получены на животных моделях ИРП почек и кишечника. Внутривенное введение Prdx1-6 (~10 мкг/г) способствует росту (~2 раза) выживаемости животных, сохранению морфо-функционального состояния ишемизированных тканей на стадии реперфузии [4]. Внутривенное введение Prdx1-6 незадолго до облучения сублетальными и летальными дозами рентгеновского излучения, способствует росту выживаемости животных (ФИД 1,3-1,4) и сохранению радиочувствительных тканей (костного мозга и слизистой кишечника) [2, 5]. Таким образом, рекомбинантные Prdx, их модифицированные и инкапсулированные формы [6] могут быть эффективными агентами в регуляции уровня АФК в многокомпонентных растворах и сложных биологических системах.
[1] М.Г. Шарапов, С.В. Гудков, В.З. Ланкин, В.И. Новоселов. Роль глутатионпероксидаз и пероксиредоксинов при свободноради-кальных патологиях. Биохимия, 86, 1635-1653, (2021). [2] M.G. Sharapov, VI. Novoselov, Samygina VR., Konarev PV, Molochkov AV, Sekirin A.B., Balkanov A.S., Gudkov SV A chimeric recombinant protein with peroxidase and su-peroxide dismutase activities: Physico-chemical characterization and applicability to neutralize oxidative stress caused by ionizing radiation. Biochemical Engineering Journal, 159, 107603 (2020). [3] E.G. Novoselova, OV Glushkova, S.M. Lunin et al. Fesenko. Peroxiredoxin 6 Attenuates Alloxan-Induced Type 1 Diabetes Mellitus in Mice and Cytokine-Induced Cytotoxicity in RIN-m5F Beta Cells. J. Diabetes Res., 2020, 7523892, (2020). [4] Р.Г. Гончаров, М.Г. Шарапов. Ишемически-реперфузионныепоражения: молекулярные механизмы патогенеза и способы их коррекции, Молекулярная биология, 6, 1150-1174, (2023). [5] M.G. Sharapov, OV Glushkova, S.B. Parfenyuk, S.V Gudkov, S.M. Lunin, E.G. Novoselova. The role of TLR4/NF-kB signaling in the radioprotective effects of exogenous Prdx6. Archives of biochemistry and biophysics, 702, 108830, (2021). [6] N. Shen, X. Qi, D.V Bagrov, S.P. Krechetov, M.G. Sharapov, M.O. Durymanov. Surface modification of fibroblasts with peroxiredoxin-1-loaded polymeric microparticles increases cell mobility, resistance to oxidative stress and collagen I production. Colloids and surfaces. B, Biointerfaces, 219, 112834, (2022).
