ІОНИ КУПРУМУ (ІІ) ПІДВИЩУЮТЬ ЦИТОТОКСИЧНИЙ ВПЛИВ РЕКОМБІНАНТНОГО АЛЬФА-СИНУКЛЕЇНУ ЛЮДИНИ НА КЛІТИНИ ДРІЖДЖІВ OGATAEA POLYMORPHA

Автор(и)

  • Ольга Володимирівна Васьків Львівський національний університет імені Івана Франка https://orcid.org/0009-0002-4415-2957
  • Галина Миколаївна Клепач Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка https://orcid.org/0000-0003-0784-8373
  • Олег Володимирович Стасик Інститут біології клітини Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-8135-6102
  • Олена Георгіївна Стасик Львівський національний університет імені Івана Франка https://orcid.org/0000-0002-0253-2372

DOI:

https://doi.org/10.32782/2450-8640.2024.2.4

Ключові слова:

альфа-синуклеїн, хвороба Паркінсона (ХП), купрум, дріжджі Ogataea polymorpha.

Анотація

Анотація. Відомо, що в білкових агрегатах нейронів людей, які страждають на хворобу Паркінсона (ХП), можна виявити підвищені рівні певних іонів металів (як-от цинк, залізо та купрум). Взаємодіючи з білками, ці метали впливають на властивості окремих ділянок мозку та призводять до нейродегенеративних змін. На сьогодні існує широкий спектр моделей для дослідження різних аспектів етіопатогенезу ХП in vivo, які базуються на використанні різних модельних організмів – від одноклітинних еукаріотів до приматів. Як штучну модель ХП в нашій роботі ми використовували дріжджі Ogataea polymorpha з конститутивною експресією рекомбінантного білка альфа-синуклеїну людини, головного токсичного чинника ХП. Метою роботи було дослідити вплив надлишку іонів купруму в ростовому середовищі на фізіологічні властивості клітин дріжджів O. polymorpha з конститутивною експресією альфа-синуклеїну. Штами дріжджів вирощували в багатому середовищі YPS (1% дріжджовий екстракт, 1% бактопептон, 1% сахароза), мінеральному середовищі YNB (0,67% Yeast Nitrogen Base (Difco), 0,5% амонію сульфат, 2% сахароза). Для твердих середовищ додавали агар у концентрації 2%. Температура культивування становила 37 °С, умови аерації – перемішування на термостатованому орбітальному шейкері (200 об/хв). Усі експерименти повторювали принаймні тричі. Статистичний аналіз проводили за допомогою Т-тесту Стьюдента. Результати представлені у вигляді середніх значень зі стандартними помилками. Враховували значення за P ≤ 0,05. Під час дослідження було встановлено, що збільшення концентрації Cu2+ у ростовому середовищі до 500 та 750 мкМ CuCl2 спричиняло помітний токсичний ефект на клітини модельного штаму (NCYC 495/SNCA-GFP), порівнюючи зі штамом дикого типу (NCYC 495 pr). Також було з’ясовано, що в модельного штаму дріжджів за таких умов культивування рівень АФО, а саме гідрогену пероксиду, був нижчим, ніж у штаму дикого типу. Імовірно, завдяки хелаторним властивостям білка альфа-синуклеїну щодо іонів купруму участь цього металу в ініціації оксидативного стресу обмежувалася і, як наслідок, знижувалася продукція АФО. Оскільки гідрогену пероксид є основним субстратом каталази, ферменту системи антиоксидантного захисту, було проаналізовано активність цього ферменту на тлі надлишку іонів купруму в ростовому середовищі. За концентрації Cu2+ 250 мкМ активність каталази в обох досліджуваних штамів дріжджів була найвищою, однак за 500 мкМ вона знижувалася. Такий ефект можна пояснити тим, що за високих концентрацій купрум діє як денатуруючий агент щодо білка каталази, призводячи до її інактивації. Слід зазначити, що надлишок іонів Cu2+ не викликав агрегації альфа-синуклеїну, проте підвищував цитотоксичний ефект цього білка на клітини модельного штаму.

Посилання

1. Han D., Zheng W., Wang X., Chen Z. Proteostasis of α-Synuclein and Its Role in the Pathogenesis of Parkinson’s Disease. Frontiers in cellular neuroscience. 2020. Vol. 14. P. 45. URL: https://doi.org/10.3389/fncel.2020.00045.

2. Stefanis L. α-Synuclein in Parkinson’s disease. Cold Spring Harbor perspectives in medicine. 2012. Vol. 2, No. 2. P. a009399. URL: https://doi.org/10.1101/cshperspect.a009399.

3. Bisaglia M., Bubacco L. Copper Ions and Parkinson’s Disease: Why Is Homeostasis So Relevant? Biomolecules. 2020. Vol. 10, No. 2. P. 195. URL: https://doi.org/10.3390/biom10020195.

4. Gaetke L. M., Chow-Johnson H. S., Chow C. K. Copper: toxicological relevance and mechanisms. Archives of toxicology. 2014. Vol. 88, No. 11. P. 1929–1938. URL: https://doi.org/10.1007/s00204-014-1355-y.

5. Shadrina M., Slominsky P. Modeling Parkinson’s Disease: Not Only Rodents? Frontiers in aging neuroscience. 2021. Vol. 13. P. 695718. URL: https://doi.org/10.3389/fnagi.2021.695718.

6. Denega I.O., Klymyshyn N.I., Sybirna N.O., Stasyk O.V., Stasyk O.G. Modeling of molecular processes underlying Parkinson’s disease in cells of methylotrophic yeast Hansenula polymorpha. Studia Biologica. 2014. Vol. 8, No. 2. P. 5–16.

7. Hrushanyk N.V., Fedorko Y.I., Stasyk O.V., Stasyk O.G. Construction of model strain of yeast Saccharomyces cerevisiae with regulated expression of recombinant human alphasynuclein.

8. Lowry O., Rosebrough N., Farr A. L., Randall R. Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journal of Biological Chemistry. 1951. Vol. 193, No. 1. P. 265–275. DOI: 10.1016/s0021-9258(19)52451-6.

9. Мосійчук Н. М., Семчишин Г. М., Байляк М. М., Кубрак О. І., Гусак В. В., Ровенко Б. М., Абрат О. Б. Дослідження вільнорадикальних процесів у живих організмах. 2014. 32 с.

10. Brown D.R. Metal binding to alpha-synuclein peptides and its contribution to toxicity. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2009. Vol. 380, No. 2. P. 377–381. DOI: 10.1016/j.bbrc.2009.01.103.

11. Dias V., Junn E., Mouradian M.M. The role of oxidative stress in Parkinson’s disease. Journal of Parkinson’s disease. 2013. Vol. 3, No. 4. P. 461–491. URL: https://doi.org/10.3233/JPD-130230.

12. Shields H.J., Traa A., Van Raamsdonk J.M. Beneficial and Detrimental Effects of Reactive Oxygen Species on Lifespan: A Comprehensive Review of Comparative and Experimental Studies. Frontiers in cell and developmental biology. 2021. Vol. 9. P. 628157. URL:

https://doi.org/10.3389/fcell.2021.628157.

13. Gromadzka G., Tarnacka B., Flaga A., Adamczyk A. Copper Dyshomeostasis in Neurodegenerative Diseases-Therapeutic Implications. International journal of molecular sciences. 2020. Vol. 21, No. 23. P. 9259. URL: https://doi.org/10.3390/ijms21239259.

14. Wan O.W., Chung K.K. The role of alpha-synuclein oligomerization and aggregation in cellular and animal models of Parkinson’s disease. PloS ONE. 2012. Vol. 7, No. 6. P. e38545. URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0038545.

15. Emamzadeh F.N. Alpha-synuclein structure, functions, and interactions. Journal of Research in Medical Sciences: The Official Journal of Isfahan University of Medical Sciences. 2016. Vol. 21. P. 29. URL: https://doi.org/10.4103/1735-1995.181989.

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-01-16

Номер

Розділ

Статті