ДЕТЕКТИРОВАНИЕ КОНФОРМАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ АЛЬБУМИНА ПРИ ЕГО ГЛИКИРОВАНИИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕНАТУРАЦИИ МЕТОДАМИ ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ И МАЛОУГЛОВОГО РЕНТГЕНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ

Аннотация

Объект исследования. Растворы бычьего сывороточного альбумина (БСА) и его агрегаты. Цель работы. Исследова- ние структурных изменений молекул альбумина с помощью оптических и рентгеновских методик при их гликировании и термической денатурации, во время которых белок проходит через схожие интермедиаты. Исследование проведено для раствора БСА при рН 3 и рН 7.4. Использованные методы и подходы. Метод стационарной и время-разрешенной флуоресцентной спектроскопии, а также метод малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР). Основные результаты. Показано, что положение максимума и время затухания триптофановой флуоресценции чувствительны к конформационным перестройкам белка при инкубации при 65°C при pH 7.4. Обнаружено, что при гликировании значительным образом растет доступность гидрофобных сайтов связывания зонда Нильский красный. В результате термической денатурации БСА при pH 3 изменений вышеуказанных параметров не наблюдалось, однако методом МУРР для данной системы была обнаружена агрегация белка уже при температуре 25°C. Дальнейшая инкубация образца при температуре 65°C не приводит к изменению параметров окружения триптофановых остатков в белке и появлению/увеличению доступности гидрофобных сайтов связывания. Показано, что, несмотря на схожие промежуточные состояния, которые проходят рассматриваемые системы, структурные перестройки белка различны для гликированного и термически денатурированного/агрегированного альбумина.

DOI: 
10.18500/1817-3020-2017-17-3-179-190
Литература

1. Liggins J., Furth A. Role of protein-bound carbonyl groups in the formation of advanced glucation endproducts // Biochim. Biophys. Acta. 1997. Vol. 1361. P. 123–130.

2. Suarez G., Rajaram R. Nonenzymatic glycation of bovine serum albumin by fructose (fructation). Comparison with the Maillard reaction initiated by glucose // Biol. Chem. 1989. Vol. 264. P. 3674–3679.

3. Monnier V. M., Sell D. R. Maillard Reaction-Mediated Molecular Damage to Extracellular Matrix and Other Tissue Proteins in Diabetes, Aging, and Uremia // Diabetes 1992. Vol. 21. P. 36–41.

4. Tikhonova T. N., Shirshin E. A., Budylin G. S., Fadeev V. V., Petrova G. P. Assessment of the Europium (III) Binding Sites on Albumin Using Fluorescence Spectroscopy // J. Phys. Chem. 2014. Vol. 118. P. 6626–6633.

5. Zhdanova N. G., Shirshin E. A., Maksimov E. G., Panchishin I. M., Saletsky A. M., Fadeev V. V. Tyrosine fl uorescence probing of the surfactant-induced conformational changes of albumin // Photochem. Photobiol. Sci. 2015. Vol. 14. P. 897–908.

6. Mendez D. L., Jensen R. A. The effect of non-enzymatic glycation on the unfolding of human serum albumin // Arch. Biochem. Biophys. 2005. Vol. 444. P. 92–99.

7. Nakajou K., Watanabe H., Kragh-Hansen U., Maruyama T., Otagiri M. The effect of glycation on the structure, function and biological fate of human serum albumin as revealed by recombinant mutants // Biochim. Biophys. Acta. 2003. Vol. 1623. P. 88–97.

8. Obayashi H., Nakano K. Formation of Crossline as a Fluorescent Advanced Glycation End Product in vitro and in vivo // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996. Vol. 226. P. 37–41.

9. Odetti P., Aragno I., Rolandi R., Garibaldi S., Valentini S., Cosso L., Traverso N., Cottalasso D., Pronzato M. A., Marinari U. M. Scanning force microscopy reveals structural alterations in diabetic rat collagen fi brils : role of protein glycation // Diabetes/metabolism research and reviews. 2000. Vol. 16. P. 74–81.

10. Adamcik J., Jung J.-M., Flakowski J., De Los Rios P., Dietler G., Mezzenga R. Understanding amyloid aggregation by statistical analysis of atomic force microscopy images // Nature Nanotech. 2010. Vol. 5. P. 423–428.

11. Ross C. A., Poirier M. A. Protein aggregation and neurodegenerative disease // Nature Med. 2004. Vol. 10. P. S10–S17.

12. Lin V. J. C., Koenig J .L. Raman studies of bovine serum albumin // Biopolymers. 1976. Vol. 15. P. 203–218.

13. Hayakawa I., Kajikara J., Morikawa K., Oda M., Fujio Y. Denaturation of bovine serum albumin (BSA) and ovalbumin by high pressure, heat and chemicals // J. Food Sci. 1992. Vol. 57. P. 288–292.

14. Brandt N. N., Chikishev A. Yu., Mankova A. A., Sakodynskaya I. K. Effect of thermal denaturation, inhibition, and cleavage of disulfi de bonds on the lowfrequency Raman and FTIR spectra of chymotrypsin and albumin // J. Biomed. Optics. 2015. Vol. 20. P. 051015-1- 051015-6.

15. Svetlakova A. S., Brandt N. N., Priezzhev A. V., Chikishev A. Yu. Raman microspectroscopy of nanodiamondinduced structural changes in albumin // J. Biomed. Optics. 2015. Vol. 20. P. 047004-1–047004-5.

16. Vetri V., Librizzi F., Leone M., Militello V. Thermal aggregation of bovine serum albumin at different pH : comparison with human serum albumin // Eur. Biophys J. 2006. Vol. 36. P. 717–725.

17. Shang L., Wang Y. pH-Dependent Protein Conformational Changes in Albumin : Gold Nanoparticle Bioconjugates : A Spectroscopic Study // Langmuir. 2007. Vol. 23. P. 2714–2721.

18. Wahl M. Time-Correlated Single Photon Counting. URL: http://www.picoquant.com (дата обращения: 14.01.2017).

19. Bhattacharya M., Jain N., Mukhopadhyay S. Insights into the Mechanism of Aggregation and Fibril Formation from Bovine Serum Albumin // J. Phys. Chem. 2011. Vol. 115. P. 4195–4205.

20. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М. : Мир, 1986. 496 с.

21. Szabo A. G., Rayner D. M. Fluorescence Decay of Tryptophan Conformers in Aqueous Solution // J. Amer. Chem. Soc. 1980. Vol. 102. P. 554–563.

22. Guinier A., Fournet G. Small angle scattering of X-rays // J. Polym. Sci. 1955. Vol. 1. P. 268.

23. Franke D., Svergun D. I. DAMMIF, a program for rapid ab-initio shape determination in small-angle scattering // J. Appl. Cryst. 2009. Vol. 42. P. 342–346.

24. Blake C., Serpell L. Synchrotron X-ray studies suggest that the core of the transthyretin amyloid fi bril is a continuous β-sheet helix // Structure. 1996. Vol. 4. P. 989–998.

25. Wu C., Wang Z., Lei H., Zhang W., Duan Y. Dual binding modes of Congo red to amyloid protofibril surface observed in molecular dynamics simulations // J. Amer. Chem. Soc. 2007. Vol. 129. P. 1225–1232.

26. Biancalana M., Makabe K., Koide A., Koide S. Aromatic cross-strand ladders control the structure and stability of β-rich peptide self-assembly mimics // J. Mol. Biol. 2008. Vol. 383. P. 205–213.

27. Yang J., Dunker A. K., Powers J. R., Clark S., Swanson B. G. β-Lactoglobulin molten globule induced by high pressure // J. Agric. Food. Chem. 2001. Vol. 49. P. 3236–3243.

28. Sulkowska A. Interaction of drugs with bovine and human serum albumin // Mol. Struct. 2002. Vol. 614. P. 227–232.

29. Tajalli H., Gilani A. G., Zakerhamidi M. S., Tajalli P. The photophysical properties of Nile red and Nile blue in ordered anisotropic media // Dyes and Pigments. 2008. Vol. 78. P. 15–24.

30. Okamoto A., Tainaka K., Fujiwara Y. Nile Red nucleoside : Design of a solvatofl uorochromic nucleoside as an indicator of micropolarity around DNA // J. Org. Chem. 2006. Vol. 71. P. 3592–3598.

31. Muzammil S., Kumar Y., Tayyab S. Molten globule-like state of human serum albumin at low pH // FEBS. 1999. Vol. 266. P. 26–32.

32. Leggio C., Galantini L., Pavel N. V. About the albumin structure in solution : cigar Expanded form versus heart Normal shape // Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. Vol. 10. P. 6741–6750.

33. Olivieri J. R., Craievich A. F. The subdomain structure of human serum albumin in solution under different pH conditions studied by small angle x-ray scattering // Eur. Biophys. J. 1995. Vol. 24. P. 77–84.

34. Krebs M. R. H., Bromley E. H. C., Donald A. M. The binding of thiofl avin-T to amyloid fi brils : localisation and implications // J. Struct. Biol. 2005. Vol. 149. P. 30–37. 

35. Bouma B., Kroon-Batenburg L. M., Wu Y. P., Brünjes B., Posthuma G., Kranenburg O., Gebbink M. F. Glycation induces formation of amyloid cross-β structure in albumin // J. Biol. Chem. 2003. Vol. 278. P. 41810– 41819.

36. Togashi D. M., Ryder A. G., Mc Mahon D., Dunne P., McManus J. Fluorescence study of Bovine Serum Albumin and Ti and Sn Oxide Nanoparticles Interactions // Diagnostic Optical Spectroscopy in Biomedicine IV / eds. D. Schweitzer, M. Fitzmaurice. Proc. of SPIE-OSA Biomedical Optics, SPIE Vol. 6628, 66281K, 2007 (11 p.).

Краткое содержание (на английском языке): 
Полный текст в формате PDF (на русском языке):