Биотехнологии 2015 Сборник материалов международного конгресса

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

NANOWIRE DETECTION OF D-NFATC1 PROTEIN IN THE SERUM USINDAPTAMER PROBES

Shumov I.D.,1 Ivanov Yu. D.,1 Pleshakova Т.О.,1 Kozlov А.F.,1 Malsagova К.А.1, Krohin N. V.1,1 Kaysheva А.L.,1 Popov V.P.,2 Naumova О.V.,2 Aseev А.L.,2 Latyshev А. V.,2 Tatur V. Yu.,3 Archakov А.I.1

1Institute of biomedical chemistry, Moscow, Russia Moscow, Pogodinskaya st. 10, 119121 Russia e-mail: shum230988@mail.ru

2Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia

3TSAMAX Ltd, Moscow, Russia

The ability of rapid label-free registration of D-NFATc1 oncomarker protein using aptamer-mod- ified nanowire biosensor in real time is shown. The concentration sensitivity was 2,5 × 10 14 Мwhile the analysis time was 10 min.

Keywords: aptamer; biosensor; silicon-on-insulator; D-NFATc1; nanowires.

Nanowire biosensor enable highly sensitive label-free rapid registration of proteins in real time. However, repeated use of nanowire chips is realized, as a rule, only upon analysis of purified proteins in buffer solutions. Upon analysis of complex multi-component biological fluids(such as serum) there is a problem of regeneration of the sensor surface due to the high impact of non-specific adsorption of serum components onto this surface. In this work, the ability of repeated registration of D-NFATc1 oncomarker protein in serum with 2.5 × 10 14 М concentration sensitivity is shown. The analysis time was 10 min. The results obtained may be used in development of novel highly sensitive diagnostic systems. This work was supported by State Contract No 14.576.21.0074.

УДК 621.119

РЕГУЛЯЦИЯ ЭНДОГЕННЫХ СТВОЛОВЫХ И ПРОГЕНИТОРНЫХ КЛЕТОК – НОВЫЙ ПОДХОД В ЛЕЧЕНИИ ДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ Дыгай А.М., Скурихин Е.Г., Першина О.В., Ермакова Н.Н., Хмелевская Е.С., Крупин В.А., Степанова И.Э.

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт фармакологии и регенеративной медицины им. Е.Д. Гольдберга», Томск, Россия 643028, Томск, пр. Ленина, д. 3

e-mail: ovpershina@gmail.com

Обсуждаются различные возможности применения стволовых клеток для лечения дегенера- тивных заболеваний. Фармакологическая регуляция эндогенных стволовых и прогениторных клеток взрослого организма может быть перспективным подходом в лечении хронических за- болеваний. Ключевые слова: дегенеративные заболевания, избирательная регуляция эндогенных ство- ловых и прогениторных клеток

Клиническая практика большинства хронических заболеваний, сосредоточена, в первую очередь, на лечении осложнений и поддерживающей терапии. Фармакологическая регуляция эндогенных стволовых (СК) и прогениторных клеток взрослого организма может быть перспек -

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

тивным подходом в лечении многих заболеваний. Подход подразумевает наличие мишени – СК и/или прогениторная клетка, и лекарственных средств, избирательно влияющих на мишени. Наши экспериментальные исследования направлены на поиск СК и прогениторных клеток – потенциальных мишеней. Кроме этого, проводился скрининг соединений, способных изменять свойства СК и прогениторных клеток, и, тем самым, влиять на патогенез пневмофиброза.

Были показаны особенности распределения и свойства мезенхимальных и гемопоэтических СК, прогениторных гемопоэтических и фибробластных клеток, пан-гемопоэтических клеток, стволовых клеток бронхиол, предшественников гемангиогенеза и эндотелиальных клеток в костном мозге, крови и легких у линейных мышей при пневмофиброзе. Выявлена роль СК и прогениторных клеток в патогенезе заболеваний и регенерации тканей. Определены фармакологические средства, способные влиять на патогенез и регенерацию тканей за счет изменения свойств эндогенных стволовых и прогениторных клеток определенного класса.

REGULATION OF ENDOGENOUS STEMAND PROGENITOR CELLS:ANEWAPPROACH FOR TREATMENT OF DEGENERATIVE DISEASES

DygaiA.M., Skurikhin E.G., Pershina O.V., Ermakova N.N., Khmelevskaya E.S., Krupin V.A., Stepanova I.E.

Federal State Scientific Institution “Research Institute of Pharmacology and Regenerative Medicine named after ED Goldberg”, Tomsk, Russia

643028, Tomsk, Lenin street, 3 E-mail: ovpershina@gmail.com

We discuss various possibilities use of stem cells for the degenerative diseases treatment. Pharmacological modulation of adult stem cells and progenitor cells may be effective approach in the treatment of chronic diseases.

Keywords: degenerative diseases, selective regulation of endogenous stem and progenitor cells.

Clinical practice of majority chronic diseases focused primarily on the treatment of complications and the maintenance therapy. Pharmacological modulation of adult stem cells and progenitor cells may be effective approach in the chronic diseases treatment. In our point of view stem cells or progenitor cells may be the target for drugs; we investigated drugs that selectively impact on the target. This experimental study was aimed at finding stem cells and progenitor cells which may be potential targets. We screened the compounds, which can change the properties of stem cells and progenitor cells, and thus can impact pathogenesis of pulmonary fibrosis. We investigated distribution and properties of mesenchymal and hematopoietic stem cells, progenitor hematopoietic cells, pan-hematopoietic

cells, progenitor fibroblast cells, bronchial stem cells (cells Clara), progenitor hemangiogenesis and

endothelial cells in various tissues and organs (bone marrow, blood and lung) from inbred mice with

pneumofibrosis. It was shown role of the stem cells and progenitor cells in the pathogenesis of dis-

ease and tissue regeneration. We defined pharmacological agents which are able to influence on the

pathogenesis and tissue regeneration by changing properties of endogenous stem and progenitor cells of certain class.

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

УДК 615.3:539.12 : 54657

ОЦЕНКА ЭФФЕКТОВ ДЕЙСТВИЯ СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩЕГО НАНОБИОКОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ ПРИРОДНОЙ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ Соседова Л.М., Титов Е.А., Новиков М.А.

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Восточно-Сибирский научный центр экологии человека» СО РАМН, Ангарск, Россия

665827  Россия, Иркутская область, г. Ангарск, а/я 1170, e-mail: sosedlar@mail.ru

Получены экспериментальные данные о влияния нанобиокомпозита серебра, инкапсулированного на природной матрице-арабиногалактан на организм белых беспородных крыс при подостром введении. Установлено, что воздействие данного препарата вызывает набухание проводящих волокон в подкорковых структурах, расширение сосудов, разрыхление нейропиля и развитие периваскулярного отека, а также инициацию процесса апоптоза в клетках головного мозга.

Ключевые слова: серебро, нанобиокомпозит, головной мозг, апоптоз, Мировой научно-технический задел в области наноиндустрии направлен на создание но-

вых высокоэффективных диагностических и терапевтических уникальных наноразмерных средств за счет биоспецифических свойств «привязанных» к наночастицам полимеров, предназначенных для обеспечения специфической доставки и связывания наночастиц с биомишенями. Нанокомпозитные материалы, содержащие наночастицы серебра, обладают уникальными свойствами и являются перспективными для медицины. Перспективность широкого внедрения нанокомпозитных материалов на основе природного полимера – арабиногалактана, с инкапсулированным в матрицу наносеребром требует своевременного углубленного изучения ответной реакции организма, в связи с возможным риском здоровью людей, имеющих с ними непосредственный контакт. Целью нашего исследования явилось изучение структуры нервной ткани с оценкой экспрессии проапоптотического белка caspase 3 и апоптозингибирующего белка bsl-2 в нейронах коры головного мозга белых крыс при подостром пероральном введении наноби - окомпозита, содержащего наносеребро из расчета 100 мкг серебра в 0,5 мл физиологического раствора.

По результатам морфологических исследований в сенсомоторной зоне коры головного мозга белых крыс, получивших нанобиокомпозит, отмечался выраженный периваскулярный отек сосудов головного мозга, набухание проводящих волокон в подкорковых структурах, расширение сосудов и разрыхление нейропиля. В целом выявленные изменения характерны для метаболических сдвигов в структуре клеток и тканей, возникающих в ответ на проникновение чужеродного агента через гемато-энцефалический барьер. Гиперхроматоз клеток головного мозга, свидетельствующий об активации проапоптотического белка caspase 3 и белка-ингибитора апоптоза bсl-2 свидетельствует о развитии в нейронах апоптоза.

В целом полученные результаты позволяют заключить, что наночастицы серебра, инкапсу- лированные на природной полимерной матрице, проникают через гематоэнцефалический ба- рьер и, депонируясь в ткани головного мозга, приводят к структурным нарушениям, а также являются модулятором апоптотического процесса.

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

EVALUATION OFTHE EFFECTS SILVER-NANOBIOCOMPOSITES BASED ON NATURAL

POLYMER MATRIX

L.M. Sosedova, E.A. Titov, M.A. Novikov,

East-Siberian Scientific Center of Human Ecology” SB RAMS,

Angarsk, Russia

World technological advance in the field of nanotechnology industry aims to create new highperformance diagnostic and therapeutic unique nanoscale funds through biospecific properties “attached” to nanoparticles polymers intended to provide specific delivery and binding of nanoparticles with biological targets. Nanocomposite materials containing silver nanoparticles have unique properties and are promising for medicine. The prospect of widespread introduction of nanocomposite materials based on natural polymer – arabinogalactan, encapsulated in a matrix of nanosilver is requires timely in-depth study of organism response, due to the possible risk to human health who have direct contact with them. The aim of our study was to examine the structure of nervous tissue with an estimate of the expression of proapoptotic protein caspase 3 and apoptos-ingibing bsl-2 protein in neurons of cerebral cortex of white rats in subacute oral administration nanobiocomposites containing nanosilver the rate of 100 g of silver in 0.5 ml saline.

Morphological studies in the sensorimotor cortex of white rats that received nanobiocompisite were showed the perivascular edema cerebral vessels, swelling of the conductive fibers in subcortical structures, vasodilatation and loosening of the neuropil. In general, the identified metabolic alterations characteristic changes in structure of cells and tissues that occur in response to the penetration of foreign agent through the blood-brain barrier. Giperhromatotic brain cells, indicating the activation of pro-apoptotic protein caspase 3 and protein inhibitor of apoptosis bsl-2 shows the development of neuronal apoptosis.

Overall, the results suggest that silver nanoparticles encapsulated in the natural polymer matrix, penetrate the blood-brain barrier, and depositing in tissues of the brain, leading to structural damage and are modulators of the apoptotic process.

УДК 544.653, 543.64

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ И ПАТОГЕННОЙ АГРЕГАЦИИ БЕТА-АМИЛОИДА Супрун Е.В., Хмелёва С.А., Радько С.П., Арчаков А.И., Шумянцева В.В.

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича», Москва, Россия

Россия 119121, Москва, ул. Погодинская, 10/8, lenasuprun@mail.ru

Анализ конформационного состояния бета-амилоида основан на электрохимическом окис-

лении остатка тирозина при потенциале около 0.6 В (отн. Ag/AgCl). При связывании бета-ами-

лоидас ионамиZn(II)иCu(II)иагрегациипептидавеличинасигналаснижается.Предложенный

подход перспективен для отбора потенциальных лекарственных средств лечения болезни

Альцгеймера.

Ключевые слова: бета-амилоид, тирозин, электрохимия, агрегация, медь, цинк.

Агрегация бета-амилоидного пептида (Абета) и двухвалентные ионы d-элементов, Zn(II) и

Cu(II), играют важную роль в патогенезе болезни Альцгеймера. Электрохимические свойства белков активно применяют для решения биомедицинских задач [1]. Предложен оригинальный,

52 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

относительно недорогой и удобный в эксплуатации подход к определению конформационного состояния Абета с использованием одноразовых печатных графитовых электродов. Анализ основан на регистрации электрохимического сигнала окисления единственного остатка тирозина в десятой позиции полипептидной цепи при потенциале около 0.6 В (отн. Ag/AgCl). Электроокисление Абета – рН-зависимый, 2ē-процесс, сопровождающийся диффузией и адсорбцией пептида на поверхности электрода. Присутствие ионов Zn(II) и Cu(II), а также агрегация пептида приводят к снижению амплитуды пика окисления Абета, что связано с изменением доступности остатка тирозина для электрохимической реакции. Тирозин может служить электроактивной «меткой», чувствительной к концентрации пептида, металл-индуцированным конформационным изменениям и агрегации Абета.

Исследование поддержано Министерством науки и образования РФ (Соглашение №

14.604.21.0074, уникальный идентификатор RFMEFI60414X0074).

[1] Suprun E.V., Shumyantseva V.V., Archakov A.I.Protein Electrochemistry: Application in Medicine. AReview // Electrochim. Acta. 2014. Vol. 140. P. 72-82.

ELECTROCHEMICALANALYSIS OFALZHGEIMER’S BETA-AMYLOID COMPLEXING AND PATHOGENICAGGREGATION

Suprun E.V., Khmeleva S.A., Radko S.P.,ArchakovA.I., Shumyantseva V.V.

Institute of Biomedical Chemistry, Moscow, Russia

Pogodinskaya Street, 10/8, Moscow, 119121 Russia lenasuprun@mail.ru

Analysis of the beta-amyloid conformational state is based on the tyrosine residue oxidation at the potential 0.6 V (vs.Ag/AgCl). Upon complexation with Zn(II) и Cu(II) ions and peptide aggregation, the oxidation signal decreases. The proposed approach appears perspective for screening of drug candidates for the treatment of Alzheimer’s disease.

Keywords: amyloid-beta, tyrosine, electrochemistry, aggregation, zinc(II) ion, copper(II) ion.

Beta-amyloid peptide aggregation and divalent ions play important roles in Alzheimer’s disease pathogenesis. Electrochemical properties of proteins are actively exploited in biomedicine [1].A novel, relatively cheap, and easy-to-use approach to evaluate the beta-amyloid conformational state using carbon screen-printed electrodes is proposed. The assay is based on the registration of the oxidation signal of a single tyrosine residue in position 10 of the polypeptide chain at the potential of about 0.6 V (vs. Ag/AgCl). Beta-amyloid electrochemical oxidation is the pH-dependent, diffusion-controlled, 2ē-process which is the accompanied by the peptide adsorption on the electrode surface. The presence of Zn(II) and Cu(II) ions as well as beta-amyloid aggregation reduce an amplitude of the peptide oxidation peak which is associated with the accessibility of the tyrosine residue for electrochemical reaction. The tyrosine residue can serve as an electroactive ‘label” sensitive to alterations in peptide concentration, metal-induced conformational changes, and beta-amyloid aggregation.

This work was financially supported by the Russian Ministry of Education and Science (Contract No. 14.604.21.0074, ID RFMEFI60414X0074).

[1] Suprun E.V., Shumyantseva V.V., Archakov A.I.Protein Electrochemistry: Application in Medicine. AReview // Electrochim. Acta. 2014. Vol. 140. P. 72-82.

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

УДК 577.114.7:577.352.2:616-006

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ ЛИПОСОМ, НЕСУЩИХ УГЛЕВОДНЫЙ ЛИГАНД СЕЛЕКТИНОВ, С ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ СОСУДОВ КРОВИ Водовозова Е.Л., Алексеева А.С., Кузнецова Н.Р., Бовин Н.В., Щегловитова О.Н., Степанова Е.В.

Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва, Россия 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10

e-mail: elvod@lipids.ibch.ru

Получены стабильные 100-нм липосомы из природных фосфолипидов и липофильного пролекарства мелфалана, несущие углеводный лиганд селектинов SiaLeХ. Установлено их селективное действие на эндотелиальные клетки, активированные фактором некроза опухоли альфа

(TNF-α).

Ключевые слова: направленная доставка лекарств; наноразмерные липосомы; Е-селектин; SiaLeХ; липофильное пролекарство мелфалана; эндоцитоз.

Разработаны стабильные 100-нм липосомы на основе природных фосфолипидов и липофильногопролекарствамелфалана,оснащенныелигандомселектинов –тетрасахаридом SiaLeХ. Селектины экспрессируются на эндотелиальных клетках в ответ на факторы воспаления. На модели карциномы легкого Льюис показан антиваскулярный эффект SiaLeX-липосом, который приводил к усилению торможения роста опухоли, по сравнению с лечением липосомами без вектора [1]. Влияние введения SiaLeХ-лиганда на взаимодействие липосом с эндотелием изучено на эндотелиальных клетках пупочной вены человека. Связывание и поглощение липосом клетками, активированными TNF-α, росло пропорционально содержанию SiaLeХ; поглощение сопровождалось дестабилизацией мембраны липосом, необходимой для высвобождения пролекарства. Неактивированные клетки связывали лишь незначительное количество липосом вне зависимости от содержания SiaLeХ, причем липосомы оставались интактными длительное время (не менее 90 мин). Наши данные свидетельствуют о селективности действия SiaLeX- липосом на активированные эндотелиальные клетки и потенциале внутриклеточной доставки липофильного пролекарства мелфалана.

[1] Kuznetsova N.R., Stepanova E.V., Peretolchina N.M., Khochenkov D.A., Boldyrev I.A., Bovin N.V., Vodovozova E.L.Targeting liposomes loaded with melphalan prodrug to tumour vasculature via the sialyl Lewis X selectin ligand//J. Drug Targeting 2014. Vol. 22. № 3. P. 242-250.

INTERACTIONS OFANTITUMOR LIPOSOMES BEARINGACARBOHYDRATE SELECTIN

LIGAND WITH VASCULAR ENDOTHELIALCELLS

Vodovozova E.L.,AlekseevaA.S., Kuznetsova N.R., Bovin N.V., Shcheglovitova O.N.,

Stepanova E.V.

Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS, Moscow, Russia

117997, Moscow, Ul. Miklukho-Maklaya 16/10 e-mail: elvod@lipids.ibch.ru

Stable 100-nm liposomes from natural phospholipids and a lipophilic prodrug of melphalan, also

equipped with a carbohydrate selectin ligand SiaLeХ were prepared. Their selective effect on the TNF-α activated endothelial cells was established.

54 Конгресс «БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ» 17-20 марта 2015

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

Keywords: drug targeting; nanosized liposomes; E-selectin; SiaLeX; melphalan lipophilic prodrug; endocytosis.

Stable 100-nm liposomes on basis of the natural phospholipids and a lipophilic prodrug of melphalan,alsoequippedwitha tetrasaccharideselectinligandSiaLeX weredesigned.Selectinsareexpressed on the endothelial cells in response to inflammatory factors. We have shown antivascular effect of the SiaLeX-liposomes that resulted in the increase of tumor growth inhibition as compared to the treatment with non-targeted liposomes in a Lewis lung carcinoma model [1]. The influence of SiaLeX ligand introduction on the interactions of liposomes with endothelium was studied in the primary cultures of the human umbilical vein endothelial cells. Both binding and uptake of liposomes by the cells activated with TNF-α increased proportionally to the SiaLeХ content; the uptake was accompanied by destabilization of liposome membrane, which is necessary for the unloading of prodrug. Nonactivated cells bound negligible amount of liposomes independently upon the content of SiaLeХ, and liposomes retained integrity for a long period of time (at least 90 min). Our data evidence the selective effect of SiaLeX-formulations on activated endothelial cells and indicate their potential to intracellular delivery of melphalan lipophilic prodrug.

[1] Kuznetsova N.R., Stepanova E.V., Peretolchina N.M., Khochenkov D.A., Boldyrev I.A., Bovin N.V., Vodovozova E.L..Targeting liposomes loaded with melphalan prodrug to tumour vasculature via the sialyl Lewis X selectin ligand//J. Drug Targeting 2014. Vol. 22. № 3. P. 242-250.

УДК 615.099.07

ПОИСК МАРКЁРОВ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ CD2+ И CU2+МЕТОДОМ

ПРОТЕОМНОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ ПЕЧЕНИ И СЕРДЦА DANIO RERIO Золотарёв К.В., Беляева Н.Ф., Михайлова М.В., Каширцева В.Н., Наход К.В., Наход В.И., Згода В.Г.

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича» Москва, Россия

119121  Москва, ул. Погодинская 10 стр. 8. E-mail: fireaxe@mail.ru

В данной работе взрослые рыбы Danio rerio подвергались воздействию сублетальными концентрациями и ПДКр.х. ионов Cd2+ и Cu2+. По результатам протеомного профилирования печени и сердца были выбраны белки, содержание которых является концентрационно зависимым. Эти белки можно рассматривать как потенциальные маркёры токсического действия металлов.

Ключевые слова: токсическое действие, маркёры, тяжёлые металлы, протеомика.

Danio rerio – хорошо охарактеризованная модель позвоночных, которая благодаря сходству биохимических процессов с млекопитающими широко используется для изучения механизмов токсического действия различных веществ. Взрослые рыбы Danio rerio в течение 4 суток под- вергались действию Cd2+ и Cu2+, концентрации которых были равны ПДКр.х. (5 мкг/л для обо- их ионов) и сублетальным концентрациям (6,4 мг/л для Cd2+ и 80 мкг/л для Cu2+). Величины сублетальных концентраций были определены нами в ходе опытов по оценке острой токсично- сти. Исследование действия ионов тяжёлых металлов на протеом проводилось методом ВЭЖХ- масс-спектрометрии, который заключается в разделении пептидов гидролизованных трипсином белков Danio rerio методом обращённо-фазовой хроматографии с последующей их идентифика- цией с использованием масс-спектрометра Orbitrap Elite.

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

В печени, число белков, содержание которых с доверительной вероятностью 95% изменилось в 2 и более раза для любой из концентраций ионов металлов по сравнению с контролем, для Cd2+ составило 435, для Cu2+ – 98, из них совпадало 34 белка. В сердце, число изменённых белков составило 36 и 74 для Cd2+ и Cu2+ соответственно, из них 13 белков являлись общими. По изменению белков можно выявить общие тенденции токсического действия Cd2+ и Cu2+: замедление энергетических процессов, биосинтеза пуриновых нуклеотидов, транскрипции и трансляции генов, везикулярного транспорта, активацию защитных механизмов и гидролиза. При действии Cd2+ наблюдалось уменьшение содержания Ca-зависимых белков, в то время под влиянием Cu2+ происходило увеличение содержания белков защитного восстановительного действия.

В качестве потенциальных маркёров токсического действия Cd2+ и Cu2+ могут быть выбраны следующие белки (см. табл.)

SECTION | | “BIOTECHNOLOGY AND MEDICINE”

SEARCHING FOR MARKERS OF CD2+ AND CU2+TOXICACTION USING PROTEOMIC

PROFILING OF DANIO RERIO LIVERAND HEART

Konstantin V. Zolotarev, Natalya F. Belyaeva, Marina V. Mikhailova, Valentina N. Kashirtseva, Kirill V. Nakhod, Valeriya I. Nakhod, Victor G. Zgoda.

Institute of Biomedical Chemistry Moscow, Russia

10-8 Pogodinskaya str. Moscow, 119121 Russia. E-mail: fireaxe@mail.ru

In this work adult Danio rerio were exposed to sublethal concentrations of Cd2+ and Cu2+. Using the results of liver and heart proteomic profiling, the proteins with content depending on concentration of an ion were chosen. These proteins may be considered as potential markers of toxic action of the metals.

Key words: toxic action, makers, heavy metals, proteomics.

Danio rerio is a well-characterized vertebrate model, which is widely used for studying of different substances toxic action mechanisms due to similarity of its biochemical processes with those of mammals. During 4 days adult fishes were exposed to Cd2+ and Cu2+ which concentrations were equal to fish breedingTLV (5 µg/Lfor both ions) and NOEC (6,4 mg/Lfor Cd 2+ and 80 µg/Lfor Cu2+). We had defined the NOEC values using the acute toxicity tests. The heavy metals toxic action was studied using HPLC-mass-spectrometry method, which consists in separation of peptids from trypsinhydrolyzed Danio rerio proteins with a reversed-phase chromatography followed by identification using Orbitrap Elite mass-spectrometer.

In the liver, the amount of ≥2-fold proteins (95% confidence level) for any ion concentration in comparison with the control was 435 for Cd2+ and 98 for Cu2+, 34 of which coincided. In the heart, the amount of ≥2-fold proteins was 36 and 74 for Cd2+ and Cu2+ respectively, 13 of them coincided. After protein changes analysis we figured out common tendencies of Cd2+ and Cu2+ toxic action: decrease of catabolic processes, purine nucleotides biosynthesis, gene transcription and translation, vesicular transport; activation of protective mechanisms and hydrolysis. We observed decrease of Cadependent proteins content affected by Cd2+ as well as increase of protective reductive proteins content affected by Cu2+.

The following proteins (see table) may be chosen as potential markers of Cd2+ and Cu2+ toxic action

СЕКЦИЯ | | «БИОТЕХНОЛОГИЯ И МЕДИЦИНА»

Table.

Proteins as potential markers of Cd2+ and Cu2+ toxic action