Воздействие оксидоредуктантов на протеолитические процессы in vitro

  • В.Н. НИКАНДРОВ (V.N. NIKANDROV), д-р биол. наук, профессор Полесский государственный университет, г. Пинск, Республика Беларусь
  • Н.С. ПЫЖОВА (N.S. PYZHOVA), канд. биол. наук РНПЦ «Институт эпидемиологии и микробиологии», г. Минск, Республика Беларусь
Ключевые слова: протеиназы, стрептокиназа, фибринолитическая активность, плазминоген-активаторная способность, низкомолекулярные оксидоредуктанты, комплексы Cu 2 -лиганды, фенольные соединения, водоростровимые производные лигнина

Аннотация

Обобщены результаты собственных многолетних исследований. На основе выдвинутой нами концепции «кислород-зависимого протеолиза» исследовано воздействие соединений окислительно-восстановительного характера на протеолитические реакции. Установлено что в присутствии n-бензохинона, K3FeCN6, метиленового синего, феназинмето-сульфата, NAD, рибофлавина в концентрации 10–6–1М изменяются плазминоген-активаторная функция стрептокиназы, урокиназы (EC 3.4.21.73), фибринолитическая активность трипсина
(EC 3.4.21.4), α-химотрипсина (EC 3.4.21.1), папаина (EC 3.4.22.2), пепсина (EC 3.4.23.1). Характер изменений зависел от конкретного энзима и оксидоредуктанта. NAD и рибофлавин могут, в
известной мере, рассматриваться специфическими ингибиторами стрептокиназы. Однако их эффект проявился в концентрациях, превосходящих реально существующие в организме.
Изучено действие систем Cu2+-лиганд (2-метил-1,4-нафтохинон-3-сульфонат Na, никотиновая кислота, Gly-Gly, лизин, рибофлавин). Все использованные лиганды снимали ингибиторный эффект меди. Более того, комплекс ионов меди с Gly-Gly в концентрации 10–4 М вызвал увеличение активности стрептокиназы на 18%. Следует полагать, что создание специфических ингибиторов стрептокиназы на основе ее функциональной модели вряд ли целесообразно в дальнейшем. Низкомолекулярные соединения фенольной природы слабо влияли на активаторную функцию стрептокиназы. Лишь фенол и гидрокситриптамин угнетали ее на 28 и 91– 100% соответственно. Соединения полифенольной природы: 6 образцов диазолигнина и 3 образца лигносульфонатов являлись эффективными ингибиторами стрептокиназы и пепсина. На фибринолитическую активность трипсина и α-химотрипсина они существенно не влияли. Сдвиги активности папаина и урокиназы зависели от конкретного образца и проявились лишь при действии диазолигнинов. В присутствии лигносульфонатов резко возрастала фибринолитическая активность образцов трипсиногена. Степень активации его не уступала описанной ранее в присутствии ионов Са2+ или при обработке Н2О2. Проведенные исследования также четко демонстрируют возможность создания нетрадиционных ингибиторов протеолиза, о которой впервые было заявлено ранее в наших кратких сообщениях в 1991–1998 годах.

Литература

1. Никандров, В. Н. Кислородзависимые реакции протеолиза: сущность гипотезы, теоретические и прикладные аспекты / В. Н. Никандров // Профилактика и лечение инфекционных и паразитарных заболеваний: матер. юбилейной конф. БелНИИ эпидемологии и микробиологии / Наука и техника; редкол. П.Г. Рытик [и др.]. – Минск, 1995. – С. 274–286.

2. Nikandrov, V. N. Effect of active oxygen species scavengers on fibrinolytic activity of some proteinases / V. N Nikandrov, N. S. Pyzhova // Thrombosis Res. – 1996. – Vol. 88, No 4. – P. 303–312.

3. Никандров, В. Н. Кислородзависимый путь активации плазминогена и новые физико-химические механизмы протеолиза / В. Н. Никандров, Н. С. Пыжова // Известия НАН Беларуси. Серия мед.-биол. наук. –
2001. – № 1. – С. 54–60.

4. Nikandrov, V. N. Some unusual manifestation of proteolysis / V. N. Nikandrov, N. S. Pyzhova // Cell. and Mol. Biol. – 2006. – Vol. 52, No 4. – P. 30–39.

5. Никандров, В. Н. Протеолиз как универсальный механизм регуляции биохимических и биологических процессов. Дискуссионные аспекты / В.Н. Никандров, Н. С. Пыжова // Известия НАН Беларуси. Серия
мед. наук. – 2008. – № 1. – С. 4–22.

6. Никандров, В. Н. Нетривиальные проявления протеолиза на молекулярном и клеточном уровнях, их фундаментальное и прикладное значение / В .Н. Никандров, Н.С. Пыжова // Новости мед.-биол. наук. –
2010. – № 3. – С. 14–28.

7. Nikandrov, V. N. Activation of plasminogen by streptokinase: the aspects of fibrinolysis regulation / V. N. Nikandrov, N. S. Pyzhova // Vth International Meeting of the Danubian League against Thrombosis and Haemorrh. Diseases: Abstracts. Erfurt, May, 20–22; 1987. – Erfurt, 1987. – Р. 76.

8. Nikandrov, V. N. The oxygen-dependent pathway of human plasminogen activation / V. N Nikandrov, N. S. Pyzhova // 18th FEBS Meeting: Abstracts. Ljubljana, June 28 – July 3, 1987. – Ljubljana, 1987. – Р. 84.

9. Nikandrov, V. N. Oxygen-dependent processes of proteolysis / V. N Nikandrov //14th Intern. Congress of Biochemistry. Abstracts. – Prague, 1988 – Vol. 1. – P. 60.

10. Pyzhova, N. S. The conception of oxygendependent pathway of plasminogen activation and the streptokinase (SK) inhibitors creation / N .S. Pyzhova, V. N. Nikandrov // Second Internat. Sumposium on Biochemical Engineering: Abstracts. Stuttgart, 5–7 March 1991. Stuttgart, 1991. – P. 50.

11. Никандров, В. Н. Влияние супероксиддисмутазы и Cu2+-содержащих систем, включающих лиганды, на активаторную функцию стрептокиназы / В. Н. Никандров, Н. С. Пыжова //Актуальные проблемы современной биохимии: сборник материалов конференции; редкол. А. Т. Пикулев [и др.]. – Минск, 1991. – С. 43–44.

12. Nikandrov, V. N. Oxidoreductants influence on the fibrinolytic activity of proteinases / V. N. Nikandrov, N. S. Pyzhova // 15th Intern. Congress of Biochemistry: Abstracts. – Jerusalem, 1991. – Р. 100.

13. Nikandrov, V. N. Peculiarities of plasminogen activation by subcellular particles of mouse brain and live / V. N. Nikandrov, N. S. Pyzhova // Biology of Proteolysis: Abstracts of paper at meeting Cold Spring Harbour Laboratory. – New York, 1997. – Р. 116.

14. Pyzhova, N. S. Hypothesis of oxygendependent proteolysis and a possibility of new approaches to proteolysis inhibitor search / N. S. Pyzhova, V. N. Nikandrov, E. I. Boreko // XVth EFMC Intern. Sympos. on Medicinal Chemistry: Abstracts. – Edinburgh, 6–10 September, 1998. – Edinburgh, 1998. – P. 84.

15. Пыжова, Н. С. Активация трипсиногена быка в присутствии активных форм кислорода / Н. С. Пыжова, В. Н. Никандров // Докл. АН БССР. – 1991. – Т. 35, № 12. – С. 1130-1133.

16. Никандров, В. Н. Роль супероксидного радикала в реализации активаторной функции стрептокиназы / В. Н. Никандров, Н. С. Пыжова, В.И. Вотяков, Ю. Е. Клингер // Докл. АН БССР. – 1987. – Т. 31, № 4. – С. 375–378.

17. Пыжова, Н. С. Участие активных форм кислорода в процессах протеолиза: автореф. диc. … канд. биол. наук: 03.00.04 / Н. С. Пыжова; Институт эксп. ботаники им. В.Ф. Купревича АН Белоруссии. – Минск,
1991. – 20 с.

18. Пыжова, Н. С. Участие активных форм кислорода в процессах протеолиза: … дис. канд. биол. наук: 03.00.04 / Н. С. Пыжова. – Минск, 1990. – 193 с.

19. Мецлер, Д. Биохимия / Д. Мецлер. – пер. с англ. под ред. А.Е. Браунштейна. – М.: Мир, 1980. Т.1. – 231 с., Т. 2 – 606 с.

20. Никандров, В. Н. Влияние адениловых нуклеотидов на активаторную функцию стрептокиназы / В. Н. Никандров, Н. С. Пыжова, В. И. Вотяков // Бюлл. эксп. биол. мед. – 1987. – Т. 103, № 7. – С. 49–51.

21. Nikandrov, V. N. Investigation of functional groups of streptokinase molecule / V. N. Nikandrov, O.A. Kazyuchits // 13th Intern. Congress. on Biochemisry: Abstracts. – Amsterdam, 1985. – Vol. 11. – P. 302.

22. Nikandrov, V. N. Chemical modification of streptokinase functional groups / V. N. Nikandrov // Chemical Modification of Enzymes; Eds. B.I. Kurganov et al.: Nova Sci. Publ. Inc. – New York, 1996. – P. 567–614.

23. Физер, Л. Органическая химия. Т. 2 / Л. Физер, М. Физер. – пер. с англ. под ред. С.Н. Вульфсона. – М.: Химия. – 799 с.

24. Никандров, В. Н. Стрептокиназная активность мембран клеток в-гемолитических стрептокков группы С / В. Н. Никандров, Л.С. Рудницкая, Н.Н. Полещук, Г.С. Давыдова // Журнал микроб. эпидемиол. иммунобиол. – 1990. – № 1. – С. 98–100.

25. Никандров, В. Н. Стрептокиназная активность мембран клеток в-гемолитического стрептококка группы С / В. Н. Никандров, Л. С. Рудницкая, Н. Н. Полещук, Г. С. Давыдова // Изв. АН БССР. Сер. биол. наук.
– 1990. – № 1. – С. 49–53.

26. Nikandrov, V. N. On the plasminogen-activating function of streptokinase // V.N. Nikandrov// Intern. J. Biochem. – 1992. – Vol. 24, No. 1. – Р. 47–53.

27. Пикаев, А. К. Современная радиационная химия. Радиолиз газов и жидкостей / А. К. Пикаев. – М.: Наука, 1986. – 440 с.

28. Рабинович, В.А. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. – Л.: Химия, 1978. – 392 с.

29. Калинин, Ф. Л. Справочник по биохимии / Ф. Л. Калинин, В. П. Лобов, В. А. Жидков. – Киев: Наукова думка, 1971. – 1015 с.

30. Yones, M. Inhibition of nitroblue tetrazolium reduction by cuprein (superoxide dismutase), Cu(tyr)2 and Cu(lys)2 / M. Yones, U. Weser // FEBS Lett. – 1976. – Vol. 61, No. 2. – P. 209–212.

31. Ксенжек, О. С. Электрохимические свойства обратимых биологическмх редокс-систем / О. С. Ксенжек, О. С. Петрова. – М.: Наука, 1986. – 152 с.

32. Зильберглейт, М. А. Исследование делигнификации древесины водными растворами уксусной кислоты. 11. Потребительские свойства уксуснокислых лигнинов / М. А. Зильберглейт [и др.] // Химия древесины. – 1989. – № 6. – С. 43-48.

33. Лебедев, П. Т. Методы исследования кормов, органов и тканей животных. 2-е изд./ П. Т.Лебедев, А. Т. Усович. – М.: Россельхозиздат, 1969. – 467 с.

34. Губен-Вейль, И. Методы органической химии / И. Губен-Вейль. – М.: Химия, 1967. – 1032 с.

35. Соколов, О. М. Определение молекулярных масс лигнинов на ультрацентрифуге и методом гель-фильтрации: учебное пособие / О. М. Соколов. – Л.: 1978. – 76 с.

36. Закис, Г. Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных / Г. Ф. Закис. – Рига: Зинатне, 1981. – 230 с.

37. Способ получения ингибитора стрептокиназы: а. с. 1631982 СССР, МКИ5 С 07 G 1/00, A 61K 31/47 / В.Н. Никандров, М.А. Зильберглейт, Н.С. Пыжова, В.М. Резников, В.С. Лисова, Т.И. Корнейчик; Бел. НИИ эпидемиологии и микробиологии и Бел. технологич. ин-т им. С.М.Кирова – № 4645424; заявл. 02.02.89; опубл. 01.11.90 // Открытия. Изобрет. –1991.– № 45. – С. 28.

38. Средство для ингибирования стрептокиназы: пат. 5821 Респ. Беларусь, МПК7 С12N 9/70, C 07G 1/00 / В.Н. Никандров, М.А. Зильберглейт, Н.С. Пыжова, В.С. Лисова; заявитель ГУ «НИИ эпидемиологии и микробиологии» – № а 19981180; заявл. 28.12.1998; опубл. 30.12.2003 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр. інтэлектуал. уласнасці. – 2003. – № 3. – С. 174.

39. Ghosh, A. K. Design and development of highly potent HIV-1 protease inhibitors with a crown-like oxotricyclic core as the P2-ligand to combat multidrug-resistant HIV variants / A.K. Ghosh, K.V. Rao et al. // J. Med. Chem. – 2017. – Vol. 60, No.10. – P. 4267-4278.

References

1. Nikandrov V.N. Kislorodzavisimyie reaktsii proteoliza: suschnost gipotezyi, teoreticheskie i prikladnyie aspektyi [Oxygen-dependent proteolysis reactions: the essence of the hypothesis, theoretical and applied aspects]. Profilaktika i lechenie infektsionnyih i parazitarnyih zabolevaniy: materialy. yubileynoy konferentsii BelNII epidemologii i mikrobiologii. Nauka i tehnika. Ed. Ryitik P.G. et al. Minsk, 1995, рр. 274–286. (In Russian)

2. Nikandrov V.N., Pyzhova N.S. Effect of active oxygen species scavengers on fibrinolytic activity of some proteinases. Thrombosis Res, 1996, vol. 88, no. 4, рр. 303–312.

3. Nikandrov V.N., Pyizhova N.S. Kislorodzavisimyiy put aktivatsii plazminogena i novyie fiziko-himicheskie mehanizmyi proteoliza [Oxygen-dependent plasminogen activation pathway and new physicochemical mechanisms of proteolysis]. Izvestiya natsionalnoy akademii nauk Belarusi. Seriya mediko-biologicheskih nauk. [News of the National Academy of Sciences of Belarus. Series: Biomedical Sciences], 2001, no. 1, рр. 54–60. (In Russian)

4. Nikandrov V.N., Pyzhova N.S. Some unusual manifestation of proteolysis. Cellular and Molecular Biology, 2006, vol. 52, no. 4, рр. 30–39.

5. Nikandrov V.N., Pyizhova N.S. Proteoliz kak universalnyiy mehanizm regulyatsii biohimicheskih i biologicheskih protsessov. Diskussionnyie aspektyi [Proteolysis as a universal mechanism of regulation of biochemical and biological processes. Discussion aspects]. Izvestiya natsionalnoy akademii nauk Belarusi. Seriya meditsinskih nauk [News of the National Academy of Sciences of Belarus. Series: Medical Sciences]. 2008, no. 1, рр. 4–22. (In
Russian).

6. Nikandrov V.N., Pyizhova N.S. Netrivialnyie proyavleniya proteoliza na molekulyarnom i kletochnom urovnyah, ih fundamentalnoe i prikladnoe znachenie [Nontrivial manifestations of proteolysis at the molecular and cellular levels, their fundamental and applied importance]. Novosti mediko-biologicheskih nauk [News of Biomedical Sciences], 2010, no. 3, рр. 14–28. (In Russian)

7. Nikandrov V.N., Pyzhova N.S. Activation of plasminogen by streptokinase: the aspects of fibrinolysis regulation. Vth International Meeting of the Danubian League against Thrombosis and Haemorrh. Diseases: Abstracts. Erfurt, May, 20–22; 1987. Erfurt, 1987, p. 76.

8. Nikandrov V.N., Pyzhova N.S. The oxygen-dependent pathway of human plasminogen activation. 18th FEBS Meeting: Abstracts. Ljubljana, June 28 – July 3, 1987. Ljubljana, 1987, p. 84.

9. Nikandrov, V.N. Oxygen-dependent processes of proteolysis. 14th Intern. Congress of Biochemistry. Abstracts. Prague, 1988, vol. 1, p. 60.

10. Pyzhova N.S., Nikandrov V.N. The conception of oxygen-dependent pathway of plasminogen activation and the streptokinase (SK) inhibitors creation. Second Internat. Sumposium on Biochemical Engineering:
Abstracts. Stuttgart, 5–7 March, 1991. Stuttgart, 1991, p. 50.

11. Nikandrov V.N., Pyizhova N.S. Vliyanie superoksiddismutazyi i Cu2+ -soderzhaschih sistem, vklyuchayuschih ligandyi, na aktivatornuyu funktsiyu streptokinazyi [Effect of superoxide dismutase and Cu2 + -containing systems, including ligands, on the activator function of streptokinase]. Aktualnyie problemyi sovremennoy biohimii: sbornik materialov konferentsii. Ed. Pikulev A.T. et al.. Minsk, 1991, pp. 43–44. (In Russian)

12. Nikandrov V.N., Pyzhova N.S. Oxidoreductants influence on the fibrinolytic activity of proteinases. 15th Internet Congress of Biochemistry: Abstracts. Jerusalem, 1991, p. 100.

13. Nikandrov V.N., Pyzhova N.S. Peculiarities of plasminogen activation by subcellular particles of mouse brain and live. Biology of Proteolysis: Abstracts of paper at meeting Cold Spring Harbour Laboratory. New York,
1997, p. 116.

14. Pyzhova N.S., Nikandrov V.N., Boreko E.I. Hypothesis of oxygen-dependent proteolysis and a possibility of new approaches to proteolysis inhibitor search. XVth EFMC Internet Symposium on Medicinal Chemistry: Abstracts. Edinburgh, 6–10 September, 1998. Edinburgh, 1998, p. 84.

15. Pyizhova N.S., Nikandrov V.N. Aktivatsiya tripsinogena byika v prisutstvii aktivnyih form kisloroda . Doklad Akademiya Nauk BSSR, 1991, vol. 35, no. 12, pp. 1130-1133. (In Russian)

16. Nikandrov V.N., Pyizhova N.S., Votyakov V.I., Klinger Yu.E. Rol superoksidnogo radikala v realizatsii aktivatornoy funktsii streptokinazyi. Doklad Akademiya Nauk BSSR, 1987, vol. 31, no. 4, pp. 375–378. (In Russian)

17. Pyizhova N.S. Uchastie aktivnyih form kisloroda v protsessah proteoliza [Participation of reactive oxygen species in the process of proteolysis]. Abstract of Ph. D. thesis. Minsk, 1992. 20 p. (In Russian)

18. Pyizhova N.S. Uchastie aktivnyih form kisloroda v protsessah proteoliza [Participation of reactive oxygen species inthe process of proteolysis]. Cand. sci. diss. Minsk, 1990, p. 193. (In Russian)

19. Metsler D. Biohimiya [Biochemistry]. Ed. Braunshteyna A.E.. Moscov, Mir, 1980, vol. 1, 231 p., vol. 2, 606 p. (In Russian)

20. Nikandrov V.N., Pyizhova N.S., Votyakov V.I. Vliyanie adenilovyih nukleotidov na aktivatornuyu funktsiyu streptokinazyi [Effect of adenylic nucleotides on the activator function of streptokinase]. Byulleten
eksperimentalnoy biologicheskoy meditsinyi [Experimental Biological Medicine Newsletter], 1987, vol. 103, no. 7, pp. 49–51. (In Russian)

21. Nikandrov V.N., Kazyuchits O.A. Investigation of functional groups of streptokinase molecule. 13th Internet Congress on Biochemisry: Abstracts. Amsterdam, 1985, vol. 11, p. 302.

22. Nikandrov V.N. Chemical modification of streptokinase functional groups. Chemical Modification of Enzymes; Eds. B.I. Kurganov et al.: Nova Science Publishers Inc., New York, 1996, pp. 567–614.

23. Fizer L., Fizer M. Organicheskaya himiya [Organic chemistry]. Vol. 2 Ed. Vulfsona S.N.. Moscov, Himiya, 799 p. (In Russian).

24. Nikandrov V.N., Rudnitskaya L.S., Poleschuk N.N., Davyidova G.S. Streptokinaznaya aktivnost membran kletok в-gemoliticheskih streptokkov gruppyi S [Streptokinase activity of cell membranes of в-hemolytic streptococcus group C]. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii, 1990, no. 1, pp. 98–100. (In Russian)

25. Nikandrov V.N., Rudnitskaya L.S., Poleschuk N.N., Davyidova G.S. Streptokinaznaya aktivnost membran kletok в-gemoliticheskih streptokkov gruppyi S [Streptokinase activity of cell membranes of в-hemolytic streptococcus group C]. Izvestiya Akademii Nauk BSSR. Seriya biologicheskih nauk [News of the Academy of Sciences of the BSSR. Series: Biological Sciences]. 1990, no. 1, pp. 49–53. (In Russian)

26. Nikandrov V.N. On the plasminogen-activating function of streptokinase. Internet Journal of Biochem, 1992, vol. 24, no.1, pp. 47–53.

27. Pikaev A.K. Sovremennaya radiatsionnaya himiya. Radioliz gazov i zhidkostey [Modern radiation chemistry. Radiolysis of gases and liquids]. Moscov, Nauka, 1986, 440 p. (In Russian)

28. Rabinovich V.A., Havin. Z.Ya. Kratkiy himicheskiy spravochnik [Brief Chemical Reference]. Leningrad, Himiya, 1978, 392 p. (In Russian)

29. Kalinin F.L., Lobov V.P., Zhidkov V.A. Spravochnik po biohimii [Biochemistry Handbook]. Kiev, Naukova dumka, 1971, 1015 p. (In Russian)

30. Yones M., Weser U. Inhibition of nitroblue tetrazolium reduction by cuprein (super-oxide dismutase), Cu(tyr)2 and Cu(lys)2. FEBS Lett., 1976, vol. 61, no. 2, pp. 209–212.

31. Ksenzhe, O.S., Petrova. O.S. Elektrohimicheskie svoystva obratimyih biologicheskmh redoks-sistem [Electrochemical properties of reversible biological redox systems]. Moscov, Nauka, 1986, 152 p. (In Russian)

32. Zilbergleyt M.A. et al. Issledovanie delignifikatsii drevesinyi vodnyimi rastvorami uksusnoy kislotyi. 11. Potrebitelskie svoystva uksusnokislyih ligninov [The study of wood delignification with aqueous solutions of acetic acid. 11. Consumer properties of acetic acid lignins]. Himiya drevesinyi [Wood chemistry], 1989, no. 6, pp. 43-48. (In Russian)

33. Lebedev P.T., Usovich A.T. Metodyi issledovaniya kormov, organov i tkaney zhivotnyih [Methods for the study of feed, organs and tissues of animals]. Moscov, Rosselhozizdat, 1969, 467 p. (In Russian)

34. Guben-Veyl I. Metodyi organicheskoy himii [Organic Chemistry Methods]. Moscov, Himiya, 1967, 1032 p. (In Russian)

35. Sokolov O.M. Opredelenie molekulyarnyih mass ligninov na ultratsentrifuge i metodom gel-filtratsii [Determination of molecular masses of lignins on an ultracentrifuge and gel filtration method]. Leningrad, 1978, 76 p.
(In Russian).

36. Zakis G.F. Funktsionalnyiy analiz ligninov i ih proizvodnyih [Functional analysis of lignins and their derivatives]. Riga, Zinatne, 1981, 230 p. (In Russian)

37. Sposob polucheniya ingibitora streptokinazyi [The method of obtaining streptokinase inhibitor]. Author's license no. 1631982 SSSR, MKI5 S 07 G 1/00, A 61K 31/47, 1991. (In Russian)

38. Nikandrov V.N., Zilbergleyt M.A., Pyizhova N.S., Lisova V.S. Sredstvo dlya ingibirovaniya streptokinazyi [Means for inhibiting streptokinase]. Patent RB no. 5821, MPK7 S12N 9/70, C 07G 1/00, 2003. (In Russian)

39. Ghosh A. K., Rao K.V. et al. Design and development of highly potent HIV-1 protease inhibitors with a crown-like oxotricyclic core as the P2-ligand to combat multidrug-resistant HIV variants. Journal of Medical
Chemistry, 2017, vol. 60, no.10, pp. 4267-4278.
Опубликован
2019-06-13
Выпуск
Раздел
Биологические науки