ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ДИНАМИКИ МОЛЕКУЛ В РАСТВОРАХ КОЛЛАГЕНА И КОЛЛАГЕНАЗЫ МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА

Аннотация

Бактериальная коллагеназа Clostridium histolyticum используется в современной медицине для лечения различных заболеваний. Важным ее свой ством является способность к биодеградации основного белка межклеточного матрикса – коллагена. Спектрально-оптические методы, такие как фотонно-корреляционная спектроскопия, позволяют исследовать растворы молекул коллагена и коллагеназы в условиях, максимально приближенных к физиологическим. Моделировать различные процессы, протекающие в организме человека, можно путем изменения различных параметров среды: температуры, рН раствора, тип растворителя и добавок активаторов/ингибиторов фермента. На основе зависимости коэффициента трансляционной диффузии от pH среды, полученной методом динамического рассеяния света, определена изоэлектрическая точка бактериальной коллагеназы CHC (Сlostridium histolyticum) типа IA (pI 6.0). Показано, что добавление в водный раствор бактериальной коллагеназы СНС хлорида кальция приводит к увеличению подвижности молекул фермента. Изучены временные зависимости коэффициента трансляционной диффузии и гидродинамического радиуса в растворах на основе смеси коллагена и коллагеназы в Tris-HCl буфере без добавок и с добавлением активатора – хлорида кальция. Из полученных данных следует, что добавление ионов кальция к растворам приводит к увеличению скорости биодеградации коллагена почти в 2 раза. 

DOI: 
10.18500/1817-3020-2017-17-3-171-178
Литература

1. Hay D. C., Louie D. L., Earp B. E., Kaplan F. T., Akelman E., Blazar P. E. Surgical fi ndings in the treatment of Dupuytren’s disease after initial treatment with clostridial collagenase (Xiafl ex) // Hand Surg. Eur. 2014. Vol. 39, № 5. Р. 463–465.

2. Syed F., Thomas A. N., Singh S., Kolluru V., Emeigh Hart S. H., Bayat A. In vitro study of novel collagenase (Xiafl ex) on Dupuytren’s Disease fi broblasts displays unique drug related properties // PLoS ONE. 2012. Vol. 7, № 2. e31430. DOI: 10.1111/j.1524-475X.2012.00774.x

3. Ohbayashi N., Yamagata N., Goto M., Watanabe K., Yamagata Y., Murayamab K. Enhancement of the structural stability of full-length Clostridial Collagenase by calcium ions // Applied and Enviromental Microbiology. 2012. Vol. 78, № 16. P.5839-5844. DOI: 10.1128/AEM. 00808-12.

4. Matthew F. P., Lin A. C., Goh M. C. Real-time enzymatic biodegradation of collagen fi brils monitored by atomic force microscopy // International Biodeterioration & Biodegradation. 2002. Vol. 50. P. 1–10.

5. Петрова Г. П., ПетрусевичЮ. М. Сильные электроста- тические взаимодействия заряженных биополимеров в водных растворах // Биомедицинская радиоэлектро- ника. 2000. № 3. C. 41–47. 6. Камминс Г., Пайк Э. Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов. М. : Книжный дом «Университет», 2002. 584 c.

7. Hulmes D. J. S. The collagen superfamily – diverse structures and assemblies // Essays in Biochemistry. 1992. Vol. 27. P. 49–67.

8. Северин Е. С. Биохимия : учебник для вузов. М. : Гэотар-Медиа, 2003. 779 c.

9. Kun Wu, Wentao Liu, Guoying Li. The aggregation behavior of native collagen in dilute solution studied by intrinsic fl uorescence and external probing // Spectrochimica Acta. Part A : Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2013. Vol. 102. P. 186–193.

10. Radu F. A., Bause M., Knabner P., Friess W., Metzmacher I. Numerical simulation of drug release from collagen matrices by Enzymatic degradation // Computing and Visualization in Science. 2009. Vol. 12, № 8. P. 409–420. DOI: 10.1007/s00791-008-0118-9.

11. Mandl L., MacLennan J. D., Howes E. L., DeBellis R. H., Sohler A. Isolation and characterization of proteinase and collagenase from Clostridium histolyticum // J. Clin. Invest. 1953. Vol. 32. P. 1323–1329.

12. Wilson J. J., Matsushita O., Okabe A., Sakon J. A bacterial collagen-binding domain with novel calcium-binding motif controls domain orientation // The EMBO J. 2003. Vol. 22, № 8. P. 1743–1752. DOI 10.1093/emboj/ cdg172.

13. Angleton E. L, Van Wart H. E. Preparation and Reconstitution with Divalent Metal Ions of Class I and Class II Clostridium histolyticum Apocollagenases // Biochemistry. 1988. Vol. 27. P. 7406–7412.

14. Eckhard U., Schönauer E., Nüss D., Brandstetter H. Structure of collagenase G reveals a chew-and-digest mechanism of bacterial collagenolysis // Nat. Struct. Mol. Biol. 2011. Vol. 18, № 10. P. 1109–1115. DOI: 10.1038/ nsmb.2127

15. Компания Photocor Complex : сайт. URL: http://www. photocor.ru (дата обращения: 10.03.2017).

16. Масленникова А. Д., Сергеева И. А., Петрова Г. П. Влияние ионов тяжелых металлов на молекулярно- динамические характеристики молекул коллагена в водных растворах // Вестн. Моск. ун-та. Физика. Астрономия. 2013. № 2. С. 73–78.

17. Петрова Г. П. Оптические спектральные методы ис- следования жидкостей и растворов : в 2 ч. Ч. 1. М. : Физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, 2008. 71 с.

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