danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2019-63-2-189-197dan-602Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYФизико-химические свойства лактоферрина в условиях окислительного/галогенирующего стрессаPhysicochemical properties of lactoferrin under oxidative/halogenative stressТереховаМ. С.TerekhovaM. S.

Терехова Мария Сергеевна – стажер мл. науч. сотрудника.

ул. Бобруйская, 5, 220030, Минск.

 

 

Terekhova Maria Sergeevna – Trainee of Junior researcher. 

5, Bobruiskaya Str., 220030, Minsk.

autumn_frost@mail.ruГригорьеваД. В.GrigorievaD. V.

Григорьева Дарья Владимировна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник. 

ул. Бобруйская, 5, 220030, Минск.

 

Grigorieva Daria Vladimirovna – Ph. D. (Biology), Senior researcher. 

5, Bobruiskaya Str., 220030, Minsk.

dargr@tut.byГорудкоИ. В.GorudkoI. V.

Горудко Ирина Владимировна – канд. биол. наук, доцент, вед. науч. сотрудник.

ул. Бобруйская, 5, 220030, Минск.

 

Gorudko Irina Vladimirovna – Ph. D. (Biology), Assistant professor, Leading researcher. 

5, Bobruiskaya Str., 220030, Minsk.

irinagorudko@gmail.comСемакИ. В.SemakI. V.

Семак Игорь Викторович – канд. биол. наук, доцент, зав. кафедрой. 

ул. Бобруйская, 5, 220030, Минск.

 

Semak Igor Victorovich – Ph. D. (Biology), Assistant professor, Head of the Department.

5, Bobruiskaya Str., 220030, Minsk.

semak@bsu.byСоколовА. В.SokolovA. V.

Соколов Алексей Викторович – д-р биол. наук, профессор, зав. лабораторией. 

ул. Академика Павлова, 12, 197376, Cанкт-Петеpбуpг.

Sokolov Aleksey Victorovich – D. Sc. (Biology), Professor, Head of the Laboratory.

12, Academic Pavlov Str., 197376, Saint-Petersburg.

biochemsokolov@gmail.comПанасенкоО. М.PanasenkoO. M.

Панасенко Олег Михайлович – д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией. 

Малая Пиpоговcкая ул., 1а, 119435, Москва.

Panasenko Oleg Mikhailovich – D. Sc. (Biology), Professor, Head of the Laboratory.

1a, Malaya Pirogovskaya Str., 119435, Moscow.

o-panas@mail.ruЧеренкевичС. Н.CherenkevichS. N.

Черенкевич Сергей Николаевич – академик, д-р биол. наук, профессор. 

ул. Бобруйская, 5, 220030, Минск.

 

Cherenkevich Sergey Nikolaevich – Academician, D. Sc. (Biology), Professor.

5, Bobruiskaya Str., 220030, Minsk.

 

cherenkevich@bsu.byБелорусский государственный университет.Belarusian State University.Институт экспериментальной медицины.Institute of Experimental Medicine.Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства.Federal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine.201915052019632189197Copyright © Терехова М.С., Григорьева Д.В., Горудко И.В., Семак И.В., Соколов А.В., Панасенко О.М., Черенкевич С.Н., 20192019Терехова М.С., Григорьева Д.В., Горудко И.В., Семак И.В., Соколов А.В., Панасенко О.М., Черенкевич С.Н.Terekhova M.S., Grigorieva D.V., Gorudko I.V., Semak I.V., Sokolov A.V., Panasenko O.M., Cherenkevich S.N.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/602

Лактоферрин (Лф) является перспективным объектом для использования в качестве лекарственного средства благодаря ряду полезных свойств (антибактериальное, противовирусное, про- и антивоспалительное и др.). Он содержится в секрете экзокринных желез, во вторичных гранулах нейтрофилов, в молоке человека и некоторых животных. Концентрация Лф быстро увеличивается в очагах воспаления за счет дегрануляции нейтрофилов. Там же за счет активации нейтрофилов идет наработка высокореакционных активных форм кислорода и галогенов, что приводит к развитию окислительного/галогенирующего стресса. В данной работе с помощью флуоресцентных методов впервые показано изменение структуры и свойств Лф (выделенного из женского грудного молока и рекомбинантного Лф человека, выделенного из молока трансгенных коз), находящегося в условиях воспаления (окислительный/галогенирующий стресс). Установлено, что HOCl вызывает модификацию аминокислотного состава Лф (из менение числа триптофанилов и первичных аминов), а также перестройку глобулы. В то же время при действии H2O2 вышеперечисленные изменения не наблюдаются. Произошедшие с молекулой изменения при действии HOCl проявляются в уменьшении способности Лф связывать ионы железа.

Lactoferrin (Lf) was discovered in the thirties of the twentieth century. Since that time a number of useful properties of Lf (antibacterial, antiviral, pro- and anti-inflammatory, etc.) have been found. That’s why Lf became a promising candidate for pharmaceuticals use. The concentration of Lf strikingly increases in inflammatory focuses due to neutrophil degranulation. At the same time, activated neutrophils starts to generate reactive oxygen and halogen species (ROS and RHS), which leads to the development of oxidative/halogenative stress. In this work, using the fluorescence analysis we found the change of the Lf structure and properties in the inflammation conditions (under oxidatives/halogenative stress). We use two forms of Lf – human Lf, excreted from human milk, and recombinant Lf, excreted from milk of transgenic goats. It was established that the amino acids of Lf (decreasing the number of tryptophanils and primary amines) and protein restructuring undergo modification under the HOCl action, while H2O2 has no influence. These changes in the molecule under the HOCl treatment result in decreasing the iron-binding capacity of Lf.

лактоферринокислительный/галогенирующий стрессконформация белкажелезосвязывающая способностьlactoferrinoxidative/halogenative stressprotein conformationiron-binding capacityReferencesBaker, E. N. Lactoferrin: Molecular structure, binding properties and dynamics of lactoferrin / E. N. Baker, H. M. Baker // Cellular and Molecular Life Sciences. – 2005. – Vol. 62, N 22. – P. 2531–2539. https://doi.org/10.1007/s00018-005-5368-9Baker E. N., Baker H. M. Lactoferrin: Molecular structure, binding properties and dynamics of lactoferrin. Cellular and Molecular Life Sciences, 2005, vol. 62, no. 22, pp. 2531–2539. https://doi.org/10.1007/s00018-005-5368-9Lactoferrin: a modulator of immune and inflammatory responses/ D. Legrand [et al.] // Cellular and Molecular Life Sciences. – 2005. – Vol. 62, N 22. – P. 2549–2559. https://doi.org/10.1007/s00018-005-5370-2Legrand D., Elass E., Carpentier M., Mazurier J. Lactoferrin: a modulator of immune and inflammatory responses. Cellular and Molecular Life Sciences, 2005, vol. 62, no. 22, pp. 2549–2559. https://doi.org/10.1007/s00018-005-5370-2Recombinant human lactoferrin modulates neutrophil degranulation and H2O2 production via increase of intracellular free calcium ion concentration and tyrosine phosphorylation/ D. Grigorieva [et al.] // XIII Intern. Conf. on Lactoferrin Struc., Func. & Appl. – Rome, 2017. – P. 49.Grigorieva D., Sokolov A., Goruko I. Recombinant human lactoferrin modulates neutrophil degranulation and H2O2 production via increase of intracellular free calcium ion concentration and tyrosine phosphorylation. XIII International Conference on Lactoferrin Structure, Functions & Applications. Rome, 2017, pp. 49.Halliwell, B. Hydrogen peroxide in the human body / B. Halliwell, M. V. Clement, L. H. Long // FEBS Letters. – 2000. – Vol. 486, N 1. – P. 10–13. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(00)02197-9Halliwell B., Clement M. V., Long L. H. Hydrogen peroxide in the human body. FEBS Letters, 2000, vol. 486, no. 1, pp. 10–13. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(00)02197-9Doing the unexpected: proteins involved in hydrogen peroxide perception/ J. Hancock [et al.]// J. of Exp. Botany. – 2006. – Vol. 57, N 8. – P. 1711–1718. https://doi.org/10.1093/jxb/erj180Hancock J., Desikan R., Harrison J., Bright J., Hooley R., Neill S. Doing the unexpected: proteins involved in hydrogen peroxide perception. Journal of Experimental Botany, 2006, vol. 57, no. 8, pp. 1711–1718. https://doi.org/10.1093/jxb/erj180Watson, A. J. M. Characterisation of oxidative injury to an intestinal cell line (HT-29) by hydrogen peroxide / A. J. M. Watson, J. N. Askew, G. I. Sandle // Gut. – 1994. – Vol. 35, N 11. – P. 1575–1581. https://doi.org/10.1136/gut.35.11.1575Watson A. J. M., Askew J. N., Sandle G. I. Characterisation of oxidative injury to an intestinal cell line (HT-29) by hydrogen peroxide. Gut, 1994, vol. 35, no. 11, pp. 1575–1581. https://doi.org/10.1136/gut.35.11.1575Arnhold, J. Redox properties of myeloperoxidase / J. Arnhold, P. G. Furtmüller, C. Obinger // Redox Report. – 2003. – Vol. 8, N 4. – P. 179–186. https://doi.org/10.1179/135100003225002664Arnhold J., Furtmüller P. G., Obinger C. Redox properties of myeloperoxidase. Redox Report, 2003, vol. 8, no. 4, pp. 179–186. https://doi.org/10.1179/135100003225002664Панасенко, О. М. Хлорноватистая кислота как предшественник свободных радикалов в живых системах / О. М. Панасенко, И. В. Горудко, А. В. Соколов // Успехи биол. хим. – 2013. – № 53. – С. 195–244.Panasenko O. M., Gorudko I. V., Sokolov A. V. Hypochlorous acid as a precursor of free radicals in living systems. Biochemistry (Moscow), 2013, vol. 78, no. 13, pp. 1466-1489. https://doi.org/10.1134/s0006297913130075Davies, M. J. Protein oxidation and peroxidation / M. J. Davies // Biochem. J. – 2016. – Vol. 473, N 7. – P. 805–825. https://doi.org/10.1042/bj20151227Davies M. J. Protein oxidation and peroxidation. Biochemistry Journal, 2016, vol. 473, no. 7, pp. 805–825. https://doi.org/10.1042/bj20151227Pattison, D. I. Absolute rate constants for the reaction of hypochlorous acid with protein side chains and peptide bonds / D. I. Pattison, M. J. Davies // Chem. Res. Toxicol. – 2001. – Vol. 14, N 10. – P. 1453–1464. https://doi.org/10.1021/tx0155451Pattison D. I., Davies M. J. Absolute rate constants for the reaction of hypochlorous acid with protein side chains and peptide bonds. Chemical Research in Toxicology, 2001, vol. 14, no. 10, pp. 1453–1464. https://doi.org/10.1021/tx0155451Bhattacharya, M. Studying protein misfolding and aggregation by fluorescence spectroscopy / M. Bhattacharya, S. Mukhopadhyay // Reviews in Fluorescence 2015. – Baltimore, 2016. – Ch. 1. – P. 1–28. https://doi.org/10.1007/978-3-319-24609-3_1Bhattacharya M., Mukhopadhyay S. Studying protein misfolding and aggregation by fluorescence spectroscopy. Reviews in Fluorescence 2015. Baltimore, 2016, ch. 1, pp. 1–28. https://doi.org/10.1007/978-3-319-24609-3_1Lakowicz, J. R. Principles of fluorescence spectroscopy / J. R. Lakowicz. – Baltimore, 2006. – Ch. 16. – P. 530–578.Lakowicz J. R. Principles of fluorescence spectroscopy. Baltimore, 2006, ch. 16, pp. 530–578. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3061-6_16Veen, B. S. Myeloperoxidase: molecular mechanism s of action and their relevance to human health and disease / B. S. van der Veen, M. P. J. de Winther, P. Heeringa // Antiox. and redox signaling. – 2009. – Vol. 11, N 11. – P. 2899–2937. https://doi.org/10.1089/ars.2009.2538Veen B. S., Winther M. P. J., Heeringa P. Myeloperoxidase: molecular mechanism s of action and their relevance to human health and disease. Antioxidants & Redox Signaling, 2009, vol. 11, no. 11, pp. 2899–2937. https://doi.org/10.1089/ars.2009.2538Structural response of human serum albumin to oxidation: biological buffer to local formation of hypochlorite / A. Del Giudice [et al.] // The J. of Phys. Chem. – 2016. – Vol. 120, N 48. – P. 12261–12271. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b08601Giudice A. del, Dicko C., Galantini L., Pavel N. V. Structural response of human serum albumin to oxidation: biological buffer to local formation of hypochlorite. Journal of Physical Chemistry, 2016, vol. 120, no. 48, pp. 12261–12271. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b08601Petrônio, M. S. Effects of oxidation of lysozyme by hypohalous acids and haloamines on enzymatic activity and aggregation / M. S. Petrônio, V. F. Ximenes // Biochim. et Biophys. acta. – 2012. – Vol. 1824, N 10. – P. 1090–1096. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2012.06.013Petrônio M. S., Ximenes V. F. Effects of oxidation of lysozyme by hypohalous acids and haloamines on enzymatic activity and aggregation. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Proteins and Proteomics, 2012, vol. 1824, no. 10, pp. 1090–1096. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2012.06.013

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