Характеристика совместных эффектов активных метаболитов кислорода, системы комплемента и антимикробных пептидов In Vitro

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

При активации фагоцитов происходит выработка активных метаболитов кислорода (АМК), проявляющих антимикробное и повреждающее организм хозяина действие. Хотя основной объем работ указывает на усиливающее действие АМК на ключевое гуморальное звено врожденного иммунитета – систему комплемента, имеющиеся данные противоречивы. Слабо изученным остается вопрос и о совместном микробицидном действии АМК с антимикробными пептидами фагоцитов. Мы изучили влияние продуктов “окислительного взрыва” на активацию комплемента в различных моделях in vitro. Пероксид водорода, в том числе в среде с Fe-ЭДТА, не влиял на показатели активности комплемента в сыворотке крови человека. HOCl в миллимолярных концентрациях стимулировала генерацию анафилатоксинов C3a и C5a в 80%-ной сыворотке, эффект ингибировался в присутствии ЭДТА. Выявлено не зависящее от двухвалентных ионов расщепление C5 в присутствии 16 мМ HOCl. В то же время HOCl выступала в роли ингибитора альтернативного пути комплемента в модели поверхностной активации на эритроцитах кролика в 5%-ной сыворотке, подавляя выработку C3a (ИК50 ~ 4 мМ) и C5a и гемолитическую способность сыворотки (ИК50 ~ 0.2 мМ); ингибирование выработки C5a было менее выраженным в присутствии 4–16 мМ HOCl. Снижение генерации анафилатоксинов наблюдали и в системе с зимозаном в 5%-ной сыворотке. В аналогичных условиях, но без активирующих поверхностей промежуточные концентрации HOCl усиливали накопление C3a и C5a; ЭДТА ингибировал этот эффект полностью (C3a) или частично (C5a). Наконец, в 70%-ной сыворотке 16 мМ HOCl усиливала накопление анафилатоксинов, но в присутствии зимозана почти полностью его ингибировала. Мы предполагаем, что HOCl может атаковать тиоэфирную связь в белке C3 с образованием аддукта C3(HOCl), способного к формированию жидкофазных конвертаз, но атака C3b может препятствовать его ковалентной фиксации на мембранах, блокируя петлю усиления комплемента. Мы также продемонстрировали аддитивный характер совместного действия HOCl с антимикробными пептидами (кателицидин LL-37 и α-дефенсины HNPs) в отношении Listeria monocytogenes и Escherichia coli. Полученные данные уточняют представления о взаимодействии антимикробных факторов фагоцитов и комплемента как ключевых участников иммунной защиты и повреждения организма.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Кренев

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. В. Егорова

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Н. П. Горбунов

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

В. А. Костевич

Институт экспериментальной медицины

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Соколов

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербур; Санкт-Петербург

А. С. Комлев

Институт экспериментальной медицины

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Я. А. Забродская

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Научно-исследовательский институт гриппа им. А.А. Смородинцева

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

О. В. Шамова

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

М. Н. Берлов

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: il.krenevv13@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Uribe-Querol E., Rosales C. // Front. Immunol. 2020. V. 11. P. 1066. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.01066
  2. Burn G.L., Foti A., Marsman G., Patel D.F., Zychlinsky A. // Immunity. 2021. V. 54. P. 1377–1391. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.06.006
  3. Katsuyama M. // J. Pharmacol. Sci. 2010. V. 114. P. 134–146. https://doi.org/10.1254/jphs.10r01cr
  4. Zheng M., Liu Y., Zhang G., Yang Z., Xu W., Chen Q. // Antioxidants (Basel). 2023. V. 12. P. 1675. https://doi.org/10.3390/antiox12091675
  5. Andrés C.M.C., Pérez de la Lastra J.M., Juan C.A., Plou F.J., Pérez-Lebeña E. // Stresses. 2022. V. 2. P. 256–274. https://doi.org/10.3390/stresses2030019
  6. Aratani Y. // Arch. Biochem. Biophys. 2018. V. 640. P. 47–52. https://doi.org/10.1016/j.abb.2018.01.004
  7. Arnhold J. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. P. 8057. https://doi.org/10.3390/ijms21218057
  8. Pattison D.I., Davies M.J. // Chem. Res. Toxicol. 2001. V. 14. P. 1453–1464. https://doi.org/10.1021/tx0155451
  9. Weiss S.J. // N. Engl J. Med. 1989. V. 320. P. 365–376. https://doi.org/10.1056/NEJM198902093200606
  10. Huan Y., Kong Q., Mou H., Yi H. // Front. Microbiol. 2020. V. 11. P. 582779. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.582779
  11. Lehrer R. I., Lu W. // Immunol. Rev. 2012. V. 245. P. 84–112. https://doi.org/10.1111/j.1600-065X.2011.01082.x
  12. Ridyard K.E., Overhage J. // Antibiotics (Basel). 2021. V. 10. P. 650. https://doi.org/10.3390/antibiotics10060650
  13. Ricklin D., Reis E.S., Mastellos D.C., Gros P., Lambris J.D. // Immunol. Rev. 2016. V. 274. P. 33–58. https://doi.org/10.1111/imr.12500
  14. Tack B.F., Harrison R.A., Janatova J., Thomas M.L., Prahl J.W. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1980. V. 77. P. 5764–5768. https://doi.org/10.1073/pnas.77.10.5764
  15. Law S.K., Dodds A.W. // Protein. Sci. 1997. V. 6. P. 263– 274. https://doi.org/10.1002/pro.5560060201
  16. Shokal U., Eleftherianos I. // Front. Immunol. 2017. V. 8. P. 759. https://doi.org/10.3389/fimmu.2017.00759
  17. Forneris F., Ricklin D., Wu J., Tzekou A., Wallace R.S., Lambris J.D., Gros P. // Science. 2010. V. 330. P. 1816– 1820. https://doi.org/10.1126/science.1195821
  18. Fearon D.T., Austen K.F. // J. Exp. Med. 1975. V. 142. P. 856–863. https://doi.org/10.1084/jem.142.4.856
  19. Lachmann P.J., Lay E., Seilly D.J. // FASEB J. 2018. V. 32. P. 123–129. https://doi.org/10.1096/fj.201700734
  20. Xie C.B., Jane-Wit D., Pober J.S. // Am. J. Pathol. 2020. V. 190. P. 1138–1150. https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2020.02.006
  21. D’Autréaux B., Toledano M.B. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2007. V. 8. P. 813–824. https://doi.org/10.1038/nrm2256
  22. Ricklin D., Hajishengallis G., Yang K., Lambris J.D. // Nat. Immunol. 2010. V. 11. P. 785–797. https://doi.org/10.1038/ni.1923
  23. Hawksworth O.A., Coulthard L.G., Woodruff T.M. // Mol. Immunol. 2017. V. 84. P. 17–25. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2016.11.010
  24. Alfadda A.A., Sallam R.M. // J. Biomed. Biotechnol. 2012. P. 936486. https://doi.org/10.1155/2012/936486
  25. Gierlikowska B., Stachura A., Gierlikowski W., Demkow U. // Front. Pharmacol. 2021. V. 12. P. 666732. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.666732
  26. Mastellos D.C., Hajishengallis G., Lambris J.D. // Nat. Rev. Immunol. 2024. V. 24. P. 118–141. https://doi.org/10.1038/s41577-023-00926-1
  27. Goldstein I.M., Weissmann G. // J. Immunol. 1974. V. 113. P. 1583–1588. https://doi.org/10.4049/jimmunol.113.5.1583
  28. Johnson U., Ohlsson K., Olsson I. // Scand. J. Immunol. 1976. V. 5. P. 421–426. https://doi.org/10.1111/j.1365-3083.1976.tb00296.x
  29. Orr F.W., Varani J., Kreutzer D.L., Senior R.M., Ward P.A. // Am. J. Pathol. 1979. V. 94. P. 75–83.
  30. Taylor J.C., Crawford I.P., Hugli T.E. // Biochemistry. 1977. V. 16. P. 3390–3396. https://doi.org/10.1021/bi00634a016
  31. Venge P., Olsson I. // J. Immunol. 1975. V. 115. P. 1505–1508. https://doi.org/10.4049/jimmunol.115.6.1505
  32. Vogt W. // Immunobiology. 2000. V. 201. P. 470–477. https://doi.org/10.1016/S0171-2985(00)80099-6
  33. Ward P.A., Hill J.H. // J. Immunol. 1970. V. 104. P. 535– 543. https://doi.org/10.4049/jimmunol.104.3.535
  34. Кренев И.А., Берлов М.Н., Умнякова Е.С. // Иммунология. 2021. Т. 42. С. 426–433. https://doi.org/10.33029/0206-4952-2021-42-4-426-433
  35. van den Berg R.H., Faber-Krol M.C., van Wetering S., Hiemstra P.S., Daha M.R. // Blood. 1998. V. 92. P. 3898–3903. https://doi.org/10.1182/blood.V92.10.3898
  36. Groeneveld T.W., Ramwadhdoebé T.H., Trouw L.A., van den Ham D.L., van der Borden V., Drijfhout J.W., Hiemstra P.S., Daha M.R., Roos A. // Mol. Immunol. 2007. V. 44. P. 3608–3614. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2007.03.003
  37. Nordahl E.A., Rydengård V., Nyberg P., Nitsche D.P., Mörgelin M., Malmsten M., Björck L., Schmidtchen A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. P. 16879– 16884. https://doi.org/10.1073/pnas.0406678101
  38. Sonesson A., Ringstad L., Nordahl E.A., Malmsten M., Mörgelin M., Schmidtchen A. // Biochim. Biophys. Acta. 2007. V. 1768. P. 346–353. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2006.10.017
  39. Pasupuleti M., Walse B., Nordahl E.A., Mörgelin M., Malmsten M., Schmidtchen A. // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. P. 2520–2528. https://doi.org/10.1074/jbc.M607848200
  40. Shingu M., Nobunaga M. // Am. J. Pathol. 1984. V. 117. P. 201–206.
  41. Shingu M., Nonaka S., Nishimukai H., Nobunaga M., Kitamura H., Tomo-Oka K. // Clin. Exp. Immunol. 1992. V. 90. P. 72–78. https://doi.org/10.1111/j.1365-2249.1992.tb05834.x
  42. Vogt W., Damerau B., von Zabern I., Nolte R., Brunahl D. // Mol. Immunol. 1989. V. 26. P. 1133–1142. https://doi.org/10.1016/0161-5890(89)90057-6
  43. Vogt W., Zimmermann B., Hesse D., Nolte R. // Mol. Immunol. 1992. V. 29. P. 251–256. https://doi.org/10.1016/0161-5890(92)90106-8
  44. Vogt W., Hesse D. // Immunobiology. 1992. V. 184. P. 384–391. https://doi.org/10.1016/S0171-2985(11)80595-4
  45. Vogt W. // Immunobiology. 1996. V. 195. P. 334–346. https://doi.org/10.1016/S0171-2985(96)80050-7
  46. Clark R.A., Klebanoff S.J. // J. Clin. Invest. 1979. V. 64. P. 913–920. https://doi.org/10.1172/JCI109557
  47. Coble B.I., Dahlgren C., Hed J., Stendahl O. // Biochim. Biophys. Acta. 1984. V. 802. P. 501–505. https://doi.org/10.1016/0304-4165(84)90369-6
  48. Miller T.E. // J. Bacteriol. 1969. V. 98. P. 949–955. https://doi.org/10.1128/jb.98.3.949-955.1969
  49. Lichtenstein A.K., Ganz T., Selsted M.E., Lehrer R.I. // Cell. Immunol. 1988. V. 114. P. 104–116. https://doi.org/10.1016/0008-8749(88)90258-4
  50. Vissers M.C., Winterbourn C.C. // Biochem. J. 1987. V. 245. P. 277–280. https://doi.org/10.1042/bj2450277
  51. Shao B., Belaaouaj A., Verlinde C.L., Fu X., Heinecke J.W. // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 29311– 29321. https://doi.org/10.1074/jbc.M504040200
  52. Hawkins C.L., Davies M.J. // Chem. Res. Toxicol. 2005. V. 18. P. 1600–1610. https://doi.org/10.1021/tx050207b
  53. Krishna H., Avinash K., Shivakumar A., Al-Tayar N.G.S., Shrestha A.K. // Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2021. V. 251. P. 119358. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119358
  54. Peffault de Latour R., Brodsky R.A., Ortiz S., Risitano A.M., Jang J.H., Hillmen P., Kulagin A.D., Kulasekararaj A.G., Rottinghaus S.T., Aguzzi R., Gao X., Wells R.A., Szer J. // Br. J. Haematol. 2020. V. 191. P. 476–485. https://doi.org/10.1111/bjh.16711
  55. Forman H.J., Bernardo A., Davies K.J. // Arch. Biochem. Biophys. 2016. V. 603. P. 48–53. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.05.005
  56. Pravda J. // Mol. Med. 2020. V. 26. P. 41. https://doi.org/10.1186/s10020-020-00165-3
  57. Lipcsey M., Bergquist M., Sirén R., Larsson A., Huss F., Pravda J., Furebring M., Sjölin J., Janols H. // Biomedicines. 2022. V. 10. P. 848. https://doi.org/10.3390/biomedicines10040848
  58. Huber-Lang M., Ekdahl K.N., Wiegner R., Fromell K., Nilsson B. // Semin. Immunopathol. 2018. V. 40. P. 87– 102. https://doi.org/10.1007/s00281-017-0646-9
  59. Weiss S.J., Peppin G., Ortiz X., Ragsdale C., Test S.T. // Science. 1985. V. 227. P. 747–749. https://doi.org/10.1126/science.2982211
  60. Peppin G.J., Weiss S.J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986. V. 83. P. 4322–4326. https://doi.org/10.1073/pnas.83.12.4322
  61. Fu X., Kassim S.Y., Parks W.C., Heinecke J.W. // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 41279–41287. https://doi.org/10.1074/jbc.M106958200
  62. Wang Y., Rosen H., Madtes D.K., Shao B., Martin T.R., Heinecke J.W., Fu X. // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. P. 31826–31834. https://doi.org/10.1074/jbc.M704894200
  63. Siddiqui T., Zia M.K., Ali S.S., Rehman A.A., Ahsan H., Khan F.H. // Arch. Physiol. Biochem. 2016. V. 122. P. 1–7. https://doi.org/10.3109/13813455.2015.1115525
  64. DiScipio R.G., Smith C.A., Muller-Eberhard H.J., Hugli T.E. // J. Biol. Chem. 1983. V. 258. P. 10629–10636. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(17)44503-0
  65. Zharkova M.S., Komlev A.S., Filatenkova T.A., Sukhareva M.S., Vladimirova E.V., Trulioff A.S., Orlov D.S., Dmitriev A.V., Afinogenova A.G., Spiridonova A.A., Shamova O.V. // Pharmaceutics. 2023. V. 15. P. 291. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15010291
  66. Krenev I.A., Umnyakova E.S., Eliseev I.E., Dubrovskii Y.A., Gorbunov N.P., Pozolotin V.A., Komlev A.S., Panteleev P.V., Balandin S.V., Ovchinnikova T.V., Shamova O.V., Berlov M.N. // Mar. Drugs. 2020. V. 18. P. 631. https://doi.org/10.3390/md18120631
  67. Umnyakova E.S., Gorbunov N.P., Zhakhov A.V., Krenev I.A., Ovchinnikova T.V., Kokryakov V.N., Berlov M.N. // Mar. Drugs. 2018. V. 16. P. 480. https://doi.org/10.3390/md16120480
  68. Fearon D.T., Austen K.F. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1977. V. 74. P. 1683-1687. https://doi.org/10.1073/pnas.74.4.1683
  69. Fields G.B., Noble R.L. // Int. J. Pept. Protein Res. 1990. V. 35. P. 161–214. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1990.tb00939.x
  70. Pozolotin V.A., Umnyakova E.S., Kopeykin P.M., Komlev A.S., Dubrovskii Y.A., Krenev I.A. Shamova O.V., Berlov M.N. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2021. V. 47. P. 741–748.] https://doi.org/10.1134/S1068162021030158
  71. Smith B.J. // Methods Mol. Biol. 1984. V. 1. P. 63–73. https://doi.org/10.1385/0-89603-062-8:63
  72. Berlov M.N., Korableva E.S., Andreeva Y.V., Ovchinnikova T.V., Kokryakov V.N. // Biochemistry (Moscow). 2007. V. 72. P. 445–451. https://doi.org/10.1134/S0006297907040128
  73. Świerczyńska M., Słowiński D., Michalski R., Romański J., Podsiadły R. // Molecules. 2023. V. 28. Р. 6055. https://doi.org/10.3390/molecules28166055
  74. A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2020. https://www.R-project.org/
  75. Wickham H. // ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. New York: Springer-Verlag, 2016.
  76. Kassambara A. //ggpubr: ‘ggplot2’ Based Publication Ready Plots. R package version 0.6.0, 2023. https://rpkgs.datanovia.com/ggpubr/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительные материалы
Скачать (459KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Влияние инкубации сыворотки крови человека с H2O2 в различных условиях на гемолитическую активность сыворотки в отношении Errab.

Скачать (79KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Действие H2O2 (а, в, д) и HOCl (б, г, е) на комплемент в модели жидкофазной активации. (а, б) – Действие на продукцию анафилатоксина C3a; (в, г) – влияние на продукцию анафилатоксина C5a; (д, е) – действие на гемолитическую активность сыворотки в отношении Errab. Ось абсцисс представлена в логарифмическом масштабе.

Скачать (271KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Действие HOCl на активацию комплемента в 5%-ной сыворотке в присутствии Mg-ЭГТА в ходе инкубации при 37°C в течение 30 мин. (а) – Действие на продукцию анафилатоксинов C3a и C5a в присутствии Errab; (б) – влияние на гемолитическую активность сыворотки в отношении Errab; (в) – действие на продукцию C3a в присутствии зимозана; (г) – действие на продукцию C5a в присутствии зимозана; (д) – влияние на продукцию C3a в отсутствии Errab и зимозана; (е) – действие на продукцию C5a в отсутствии Errab и зимозана. Ось абсцисс представлена в логарифмическом масштабе.

Скачать (232KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Влияние 16 мМ HOCl на накопление анафилатоксинов в отсутствие и в присутствии зимозана в 70%-ной сыворотке крови в ходе инкубации при 37°C в течение 30 мин.

Скачать (77KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Интегральное представление о взаимодействии АМК, АМП и комплемента в ходе реализации фагоцитарного ответа с учетом гипотезы о взаимодействии HOCl с C3 и C3b и полученных данных об аддитивном характере совместного микробицидного действия HOCl и АМП. Для облегчения восприятия не проиллюстрировано влияние HOCl на активность протеаз/антипротеаз и лизоцима. Сокращения: ГП – глутатионпероксидаза, МАК – мембраноатакующий комплеккс, МПО – миелопероксидаза, ПР – пероксиредоксины, СОД – супероксидредуктаза, HNPs – α-дефенсины человека (human neutrophil peptides), MBL – маннан-связывающий лектин (mannan-binding lectin), NOX2 – НАДФH-оксидаза 2 (NADPH oxidase 2).

Скачать (271KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025