danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2025-69-4-279-290dan-1261Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYВзаимодействия рекомбинантного лактоферрина человека с дезоксирибонуклеиновыми кислотамиInteractions of recombinant human lactoferrin with deoxyribonucleic acidsСеменовД. А.SemenovD. А.

Семенов Дмитрий Александрович – науч. сотрудник

ул. Купревича, 5/2, 220084, Минск

Semenov Dmitry A. – Researcher

5/2, Kuprevich Str., 220084, Minsk

ВалентовичЛ. Н.ValentovichL. N.

Валентович Леонид Николаевич – канд. биол. наук, доцент, заведующий лабораторией

ул. Купревича, 2, 220084, Минск

Valentovich Leonid N. – Ph. D. (Biology), Associate Professor, Head of the Laboratory

2, Kuprevich Str., 220084, Minsk

ОхремчукЕ. В.AkhremchukK. U.

Охремчук Екатерина Владимировна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Купревича, 2, 220084, Минск

Akhremchuk Katsiaryna U. – Ph. D. (Biology), Senior Researcher

2, Kuprevich Str., 220084, Minsk

СерченяТ. С.SerchenyaT. S.

Серченя Татьяна Сергеевна – канд. хим. наук, доцент, вед. науч. сотрудник

ул. Купревича, 5/2, 220084, Минск

Serchenya Tatyana S. – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Leading Researcher

5/2, Kuprevich Str., 220084, Minsk

ВашкевичИ. И.VashkevichI. I.

Вашкевич Ирина Игнатьевна – канд. хим. наук, доцент, вед. науч. сотрудник

ул. Купревича, 5/2, 220084, Минск

Vashkevich Irina I. – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Leading Researcher

5/2, Kuprevich Str., 220084, Minsk

СвиридовО. В.SviridovO. V.

Свиридов Олег Васильевич – д-р хим. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Купревича, 5/2, 220084, Минск

Sviridov Oleg V. – D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Laboratory

5/2, Kuprevich Str., 220084, Minsk

Институт биоорганической химии НАН БеларусиInstitute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут микробиологии НАН БеларусиInstitute of Microbiology of the National Academy of Sciences of Belarus202528082025694279290Copyright © Семенов Д.А., Валентович Л.Н., Охремчук Е.В., Серченя Т.С., Вашкевич И.И., Свиридов О.В., 20252025Семенов Д.А., Валентович Л.Н., Охремчук Е.В., Серченя Т.С., Вашкевич И.И., Свиридов О.В.Semenov D.А., Valentovich L.N., Akhremchuk K.U., Serchenya T.S., Vashkevich I.I., Sviridov O.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1261

Изучена способность рекомбинантного лактоферрина человека (рчЛФ), выделенного в чистом виде из молока трансгенных коз, к неспецифическим взаимодействиям и к специфическому комплексообразованию с природной и синтетическими фрагментами ДНК с использованием интактного рчЛФ, содержащего в металлсвязывающем центре ион европия, обладающего долгоживущей флуоресценцией. В микропланшетной системе меченый рчЛФ взаимодействует с адсорбционно иммобилизованной общей двухцепочечной ДНК из тимуса теленка с Ка = 1,7  106 M–1. В этой же гетерофазной системе однои двухцепочечные (ds-) олигонуклеотиды со специфической (L) или неспецифической (S) последовательностями связываются в растворе с рчЛФ–Eu3+ и конкурентно ингибируют взаимодействие меченого белка с ДНК на твердой фазе. Ингибирующий эффект зависит от специфичности, структуры и длины нуклеотидной последовательности, уменьшаясь в ряду: ds-L25 > ds-S50 > ds-S215 > ds-S180 > ds-S115 > L25 > S50. В другой системе на твердой фазе, покрытой биотинсвязывающим белком стрептавидином, иммобилизовались биотинилированные через длинный подвижный линкер специфический (ds-L25) и неспецифический (ds-S50) олигонуклеотиды. Сродство рчЛФ к этим лигандам характеризуется Ка соответственно 6,4  107 и 7,1  106 M–1. Связывание с неспецифической нуклеотидной последовательностью отличалось также гораздо большей чувствительностью к ионной силе раствора и содержанию инертного белка. Способность рчЛФ взаимодействовать с ДНК послужило бы дальнейшему подтверждению идентичности природного и рекомбинантного белков и повышению оценки рчЛФ как биологически активной пищевой добавки и фармацевтической субстанции. 

The present study investigated the ability of recombinant human lactoferrin (rhLF), isolated in pure form from the milk of transgenic goats, to nonspecific interactions and specific complex formation with natural DNA and synthetic DNA fragments. Intact rhLF was utilized, containing a europium ion in the metal-binding center possessing long-lived fluorescence. In a microplate system, rhLF-Eu3+ interacted with adsorption-immobilized total double-stranded DNA from the calf thymus with Ka = 1.7  106 M–1. In the same heterophase system, singleand double-stranded (ds-) oligonucleotides with specific (L) or nonspecific (S) sequences were bound in solution to rhLF–Eu3+ and competitively inhibited the interaction of the labeled protein with DNA on the solid phase. The inhibitory effect was contingent upon the specificity, structure, and length of the nucleotide sequence, exhibiting a decrease in the following sequence: ds-L25 > ds-S50 > ds-S215 > ds-S180 > ds-S115 > L25 > S50. In an alternative system, specific (ds-L25) and nonspecific (ds-S50) oligonucleotides, biotinylated through a long mobile linker, were immobilized onto the solid phase coated with biotin-binding protein streptavidin. The affinity of rhLF for these ligands was characterized by Ka of 6.4  107 and 7.1  106 M–1, respectively. The binding to the nonspecific nucleotide sequence was also much more sensitive to the ionic strength of the solution and the concentration of an inert protein. The ability of rhLF to interact with DNA would confirm the identity of natural and recombinant proteins and encourage the use of rhLF as a biologically active food supplement and pharmaceutical substance.

рекомбинантный лактоферрин человекавзаимодействия белок–ДНКвремяразрешенная флуориметрияrecombinant human lactoferrinprotein-DNA interactionstime resolved fluorescenceРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект Х23РНФ-185).This work has been done under the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Researh (project Х23РНФ-185).ReferencesБорзенкова, Н. В. Лактоферрин: физико-химические свойства, биологические функции, системы доставки, лекарственные препараты и биологически активные добавки (обзор) / Н. В. Борзенкова, Н. Г. Балабушевич, Н. И. Ларионова // Биофармацевтический журнал. – 2010. – Т. 2, № 3. – С. 3‒19.Borzenkova N. V., Balabushevich N. G., Larionova N. I. Lactoferrin: physical and chemical properties, biological functions, delivery systems, pharmaceutical and nutraceutical preparations (review). Biofarmatsevticheskii zhurnal = Biopharmaceutical Journal, 2010, vol. 2, no. 3, pp. 3–19 (in Russian).Мировая практика получения рекомбинантного человеческого лактоферрина (обзор) / И. С. Агиевич, А. А. Костеневич, У. В. Фальковская, Р. Н. Бирюков // Микробные биотехнологии: фундаментальные и прикладные аспекты. – 2017. – Т. 9. – С. 9–30.Agievitch I. S., Kastsianevich A. A., Falkouskaya U. V., Birukou R. M. World practice for production of recombinant human lactoferrin (review). Mikrobnye biotehnologii: fundamental’nye i prikladnye aspekty = Microbial biotechnologies: fundamental and applied aspects, 2017, vol. 9, pp. 9–30 (in Russian).Использование трансгенных животных в биотехнологии: перспективы и проблемы / О. Г. Максименко, А. В. Дейкин, Ю. М. Ходарович, П. Г. Георгиев // Acta Naturae. – 2013. – Т. 5, № 1. – С. 33–46. https://doi.org/10.32607/20758251-2013-5-1-33-46Maksimenko O. G., Deykin A. V., Khodarovich Yu. M., Georgiev P. G. Use of transgenic animals in biotechnology: prospects and problems. Acta Naturae, 2013, vol. 5, no. 1, pp. 33–46. https://doi.org/10.32607/20758251-2013-5-1-33-46Production of human lactoferrin in animal milk / I. L. Goldman, S. G. Georgieva, Ya. G. Gurskiy [et al.] // Biochemistry and Cell Biology. – 2012. – Vol. 90, N 3. – P. 513–519. https://doi.org/10.1139/o11-088Goldman I. L., Georgieva S. G., Gurskiy Ya. G., Krasnov A. N., Deykin A. V., Popov A. N., Ermolkevich T. G., Budzevich A. I., Chernousov A. D., Sadchikova E. R. Production of human lactoferrin in animal milk. Biochemistry and Cell Biology, 2012, vol. 90, no. 3, pp. 513–519. https://doi.org/10.1139/o11-088Получение рекомбинантного лактоферрина человека из молока коз-продуцентов и его физиологические эффекты / В. С. Лукашевич, А. И. Будевич, И. В. Семак [и др.] // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2016. – Т. 60, № 1. – С. 72–81.Lukashevich V. S., Budzevich A. I., Semak I. V., Kuznetsova V. N., Malyushkova E. V., Pyzh A. E., Novakovskaya S. A., Rudnichenko J. A., Popkov N. A., Ivashkevich O. A., Zalutsky I. V. Production of recombinant human lactoferrin from the milk of goat-producers and its physiological effects. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2016, vol. 60, no. 1, pp. 72–81 (in Russian).Семенов, Д. А. Новые иммуноаналитические системы на основе рекомбинантного лактоферрина человека / Д. А. Семенов, И. И. Вашкевич, О. В. Свиридов // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2021. – Т. 65, № 3. – С. 290–302. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2021-65-3-290-302Semenov D. A., Vashkevich I. I., Sviridov O. V. New immunoassay systems based on recombinant human lactoferrin. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2021, vol. 65, no. 3, pp. 290–302 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2021-65-3-290-302Семенов, Д. А. Лабораторная иммунофлуоресцентная система для количественного определения лактоферрина человека в биологических жидкостях / Д. А. Семенов, И. И. Вашкевич, О. В. Свиридов // Новости медико-биологических наук. – 2022. – T. 22, № 3. – С. 119–120.Semenov D. A., Vashkevich I. I., Sviridov O. V. Laboratory immunofluorescence system for the quantitative determination of human lactoferrin in biological fluids. Novosti mediko-biologicheskih nauk = News of Biomedical Sciences, 2022, vol. 22, no. 3, pp. 119–120 (in Russian).Некоторые металлсвязывающие свойства рекомбинантного лактоферрина человека из молока трансгенных коз / Д. А. Семенов, О. С. Куприенко, И. И. Вашкевич, О. В. Свиридов // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2022. – Т. 66, № 1. – С. 43–54. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2022-66-1-43-54Semenov D. A., Kuprienko O. S., Vashkevich I. I., Sviridov O. V. Some metal binding properties of recombinant human lactoferrin from the milk of transgenic goats. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2022, vol. 66, no. 1, pp. 43–54 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2022-66-1-43-54Взаимодействие рекомбинантного лактоферрина человека и вируса SARS-CoV-2 с белковым конъюгатом гепарина / Д. А. Семенов, И. И. Вашкевич, А. С. Владыко, О. В. Свиридов // Доклады Национальной академии наук Беларуси. – 2022. – Т. 66, № 4. – С. 404–413. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2022-66-4-404-413Semenov D. A., Vashkevich I. I., Vladyko A. S., Sviridov O. V. Interaction of recombinant human lactoferrin and SARS-CoV-2 virus with heparin-protein conjugate. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2022, vol. 66, no. 4, pp. 404–413 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-202266-4-404-413Characterization of recombinant human lactoferrin secreted in milk of transgenic mice / J. H. Nuijens, P. H. C. van Berkel, M. E. J. Geerts [et al.] // Journal of Biological Chemistry. – 1997. – Vol. 272, N 13. – P. 8802‒8807. https://doi.org/10.1074/jbc.272.13.8802Nuijens J. H., van Berkel P. H. C., Geerts M. E. J., Hartevelt P. P., de Boer H. A., van Veen H. A., Pieper F. R. Characterization of recombinant human lactoferrin secreted in milk of transgenic mice. Journal of Biological Chemistry, 1997, vol. 272, no. 13, pp. 8802–8807. https://doi.org/10.1074/jbc.272.13.8802Lactoferrin as a human genome “Guardian” – an overall point of view (review) / I. Bukowska-Ośko, D. Sulejczak, K. Kaczyńska [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2022. – Vol. 23, N 9. – Art. 5248. https://doi.org/10.3390/ijms23095248Bukowska-Ośko I., Sulejczak D., Kaczyńska K., Kleczkowska P., Kramkowski K., Popiel M., Wietrak E., Kowalczyk P. Lactoferrin as a human genome “Guardian” – an overall point of view (review). International Journal of Molecular Sciences, 2022, vol. 23, no. 9, art. 5248. https://doi.org/10.3390/ijms23095248He, J. Sequence specificity and transcriptional activation in the binding of lactoferrin to DNA / J. He, P. Furmanski // Nature. – 1995. – Vol. 373. – P. 721–724. https://doi.org/10.1038/373721a0He J., Furmanski P. Sequence specificity and transcriptional activation in the binding of lactoferrin to DNA. Nature, 1995, vol. 373, pp. 721–724. https://doi.org/10.1038/373721a0Guschina, T. A. Recognition of specific and nonspecific DNA by human lactoferrin / T. A. Guschina, S. E. Soboleva, G. A. Nevinsky // Journal of Molecular Recognition. – 2013. – Vol. 26, N 3. – P. 136–148. https://doi.org/10.1002/jmr.2257Guschina T. A., Soboleva S. E., Nevinsky G. A. Recognition of specific and nonspecific DNA by human lactoferrin. Journal of Molecular Recognition, 2013, vol. 26, no. 3, pp. 136–148. https://doi.org/10.1002/jmr.2257Goats producing biosimilar human lactoferrin / D. M. Bogdanovich, V. F. Radchikov, V. N. Kuznetsova [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2021. – Vol. 848. – Art. 012080. https://doi.org/10.1088/17551315/848/1/012080Bogdanovich D. M., Radchikov V. F., Kuznetsova V. N., Petrushko E. V., Spivak M. E., Sivko A. N. Goats producing biosimilar human lactoferrin. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 848, art. 012080. https:// doi.org/10.1088/1755-1315/848/1/012080N-terminal stretch Arg2, Arg3, Arg4 and Arg5 of human lactoferrin is essential for binding to heparin, bacterial lipopolysaccharide, human lysozyme and DNA / P. H. C. van Berkel, E. J. M. Geerts, A. H. van Veen [et al.] // Biochemical Journal. – 1997. – Vol. 328, N 1. – P. 145–151. https://doi.org/10.1042/bj3280145Van Berkel P. H. C., Geerts E. J. M., van Veen A. H., Mericskay M., de Boer A. H., Nuijens J. H. N-terminal stretch Arg2, Arg3, Arg4 and Arg5 of human lactoferrin is essential for binding to heparin, bacterial lipopolysaccharide, human lysozyme and DNA. Biochemical Journal, 1997, vol. 328, no. 1, pp. 145–151. https://doi.org/10.1042/bj3280145Взаимодействия белок-ДНК: статистический анализ межатомных контактов в большой и малой бороздках / А. А. Анашкина, Е. Н. Кузнецов, А. В. Батяновский [и др.] // Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2017. – T. 21, № 8. – С. 887–894. https://doi.org/10.18699/vj17.309Anashkina A. A., Kuznetsov E. N., Batianovskii A. V., Uroshlev L. A., Tumanyan V. G., Esipova N. G. Protein-DNA interactions: statistical analysis of interatomic contacts in major and minor grooves. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2017, vol. 21, no. 8, pp. 887–894 (in Russian). https://doi.org/10.18699/vj17.309Garvie, C. W. Recognition of Specific DNA Sequences / C. W. Garvie, C. Wolberger // Molecular Cell. – 2001. – Vol. 8, N 5. – P. 937–946. https://doi.org/10.1016/s1097-2765(01)00392-6Garvie C. W., Wolberger C. Recognition of Specific DNA Sequences. Molecular Cell, 2001, vol. 8, no. 5, pp. 937–946. https://doi.org/10.1016/s1097-2765(01)00392-6

The authors declare that there are no conflicts of interest present.