1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Биоорганическая химия
  4. T. 49, № 3, 2023

Биоорганическая химия, 2023, T. 49, № 3, стр. 319-330

Разработка системы биосинтеза, выделения и очистки холоформы рекомбинантного нейроглобина и его физико-химическая характеристика

М. А. Семенова 1, Ж. В. Бочкова 1, 2, О. М. Смирнова 1, А. А. Игнатова 1, Е. Ю. Паршина 2, Р. Х. Зиганшин 1, Э. В. Бочаров 1, Н. А. Браже 2, Г. В. Максимов 2, М. П. Кирпичников 1, 3, Д. А. Долгих 1, 3, Р. В. Черткова 1, *

1 ФГБУН “Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова” РАН
117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10, Россия

2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики
119234 Москва, Ленинские горы, 1/12, Россия

3 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет
119234 Москва, Ленинские горы, 1/12, Россия

* E-mail: cherita@inbox.ru

Поступила в редакцию 29.11.2022
После доработки 21.12.2022
Принята к публикации 22.12.2022

Аннотация

Разработана и оптимизирована эффективная система биосинтеза, выделения и очистки рекомбинантного нейроглобина человека, позволяющая наработать белок в количествах, достаточных для исследования его свойств. Согласно данным УФ-видимой, ИК-, КД- и ЯМР-спектроскопии, рекомбинантный нейроглобин представляет собой структурированную холоформу белка. Данные хромато-масс-спектрометрического анализа позволили сделать вывод о наличии в структуре окисленной формы белка правильно замкнутой дисульфидной связи. При помощи спектроскопии комбинационного и гигантского комбинационного рассеяния с лазерным возбуждением 532 нм показано, что гем в восстановленной и окисленной формах нейроглобина имеет колебательные степени свободы, типичные для гемов b-типа, а атом железа гексакоординирован. С использованием спектроскопии комбинационного рассеяния с лазерным возбуждением 633 нм выявлено, что в восстановленном нейроглобине присутствуют восстановленные –SH-группы, которые образуют дисульфидный мостик в окисленном нейроглобине. Полученные результаты служат основой для детальных исследований механизма функционирования нейроглобина в качестве нейропротектора, в частности при его взаимодействии с окисленным цитохромом c, транслоцирующимся из митохондрий в цитозоль при нарушениях их функционирования и/или морфологии.

Ключевые слова: нейроглобин, рекомбинантные белки, гемсодержащие белки, глобины

Список литературы

  1. Burmester T., Weich B., Reinhardt S., Hankeln T. // Nature. 2000. V. 407. P. 520–523. https://doi.org/10.1038/35035093

  2. Hundahl C.A., Allen G.C., Hannibal J., Kjaer K., Rehfeld J.F., Dewilde S., Nyengaard J.R., Kelsen J., Hay-Schmidt A. // Brain Res. 2010. V. 17. P. 58–73. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2010.03.056

  3. Bentmann A., Schmidt M., Reuss S., Wolfrum U., Hankeln T., Burmester T. // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 20 660–20 665. https://doi.org/10.1074/jbc.m501338200

  4. Pesce A., Dewilde S., Nardini M., Moens L., Ascenzi P., Hankeln T., Burmester T., Bolognes M. // Structure. 2003. V. 11. P. 1087–1095. https://doi.org/10.1016/s0969-2126(03)00166-7

  5. Dewilde S., Kiger L., Burmester T., Hankeln T., Baudin-Creuza V., Aerts T., Marden M.C., Caubergs R., Moens L. // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 38949–38955. https://doi.org/10.1074/jbc.m106438200

  6. Hankeln T., Ebner B., Fuchs C., Gerlach F., Haberkamp M., Laufs T.L., Roesner A., Schmidt M., Weich B., Wystub S., Saaler-Reinhardt S., Reuss S., Bolognesi M., De Sanctis D., Marden M.C., Kiger L., Moens L., Dewilde S., Nevo E., Avivi A., Weber R.E., Fago A., Burmester T. // J. Inorg. Biochem. 2005. V. 99. P. 110–119. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2004.11.009

  7. Petersen M.G., Dewilde S., Fago A. // J. Inorg. Biochem. 2008. V. 102. P. 1777–1782. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2008.05.008

  8. Tiso M., Tejero J., Basu S., Azarov I., Wang X., Simplaceanu V., Frizzell S., Jayaraman T., Geary L., Shapiro C., Ho C., Shiva S., Kim-Shapiro D.B., Gladwin M.T. // J. Biol. Chem. 2011. V. 286. P. 18 277–18 289. https://doi.org/10.1074/jbc.m110.159541

  9. Brittain T., Skommer J., Henty K., Birch N., Raychaudhuri S. // IUBMB Life. 2010. V. 62. P. 878–885. https://doi.org/10.1002/iub.405

  10. Burmester T., Hankeln T. // Acta Physiol. (Oxf). 2014. V. 211. P. 501–514. https://doi.org/10.1111/apha.12312

  11. Guidolin D., Tortorella C. Marcoli M., Maura G., Agnati L.F. // Int. J. Mol. Sci. 2016. V. 17. P. 1817. https://doi.org/10.3390/ijms17111817

  12. Brittain C., Bommarco R., Vighi M., Barmaz S., Settele J., Potts S.G. // Agricult. For. Entomol. 2010. V. 12. P. 259–266. https://doi.org/10.1111/j.1461-9563.2010.00485.x

  13. Burmester T., Hankeln T. // J. Exp. Biol. 2009. V. 212. P. 1423–1428. https://doi.org/10.1242/jeb.000729

  14. Dewilde S., Mees K., Kiger L., Lechauve C., Marden M.C., Pesce S., Bolognesi M., Moens L. // Methods Enzymol. 2008. V. 436. P. 341–357. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(08)36019-4

  15. Belleia M., Bortolottia C.A., Roccoa G.D., Borsarib M., Lancellottib L., Ranieria A., Solaa M., Battistuzzi G. // J. Inorg. Biochem. 2018. V. 178. P. 70–86. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2017.10.005

  16. Hamdane D., Kiger L., Dewilde S., Green B.N., Pesce A., Uzan J., Burmester T., Hankeln T., Bolognesi M., Moens L., Marden M.C. // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 51713–51721. https://doi.org/10.1074/jbc.m309396200

  17. Fago A., Mathews A.J., Moens L., Dewilde S., Brettain T. // FEBS Lett. 2006. V. 580. P. 4884–4888. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2006.08.003

  18. Guimaraes B.G., Hamdane D., Lechauve C., Marden M.C., Golinelli-Pimpaneau B. // Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 2014. V. 70. P. 1005–1014. https://doi.org/10.1107/s1399004714000078

  19. Hamdane D., Kiger L., Dewilde S., Green B.N., Pesce A., Uzan J., Burmester T., Hankeln T., Bolognesi M., Moens L., Marden M.C. // Micron. 2004. V. 35. P. 59–62. https://doi.org/10.1016/j.micron.2003.10.019

  20. Lobstein J., Emrich C.A., Jeans C., Faulkner M., Riggs P., Berkmen M. // Microb. Cell Fact. 2012. V. 11. P. 56. https://doi.org/10.1186/1475-2859-11-56

  21. Chao Z., Lianzhi L., Li W., Haiwei J. // Chinese Sci. Bull. 2006. V. 51. P. 2581–2585. https://doi.org/10.1007/s11434-006-2144-7

  22. Kelly S.M., Jess T.J., Price N.C. // Biochim. Biophys. Acta. 2005. V. 1751. P. 119–139. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2005.06.005

  23. Geraci G., Parkhurst L.J. // Methods Enzymol. 1981. V. 76. P. 262–275. https://doi.org/10.1016/0076-6879(81)76127-5

  24. Chertkova R.V., Firsov A.M., Brazhe N.A., Nikelshparg E.I., Bochkova Z.V., Bryntseva T.V., Semenova M.A., Baizhumanov A.A., Kotova E.A., Kirpichnikov M.P., Maksimov G.V., Antonenko Y.N., Dolgikh D.A. // Biomolecules. 2022. V. 12. P. 665. https://doi.org/10.3390/biom12050665

  25. Semenova A.A., Goodilin E.A., Brazhe N.A., Ivanov V.K., Baranchikov A.E., Lebedev V.A., Goldt A.E., Sosnovtseva O.V., Savilov S.V., Egorov A.V., Brazhe A.R., Pershina E.Y., Luneva O.G., Maksimov G.V., Tretyakov Y.D. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 24530–24544. https://doi.org/10.1039/C2JM34686A

  26. Rygula A., Majzner K., Marzec K.M., Kaczor A., Pilarczyk M., Baranska M. // J. Raman Spectrosc. 2013. V. 44. P. 1061–1076. https://doi.org/10.1002/JRS.4335

  27. Brazhe N.A., Treiman M., Brazhe A.R., Find N.L., Maksimov G.V., Sosnovtseva O.V. // PLoS One. V. 7. P. e41990. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0041990

  28. Kakita M., Kaliaperumal V., Hamaguchi H. // J. Biophotonics. 2011. V. 5. P. 20–24. https://doi.org/10.1002/jbio.201100087

  29. Buzgar N., Buzatu A., Sanislav I. // An. Stiint. Univ. Al. I. Cuza Iasi. Geol. 2009. V. 55. P. 5–23.

  30. Hu S., Morris I.K., Singh J.P., Smith K.M., Spiro T.G. // J. Am. Chem. Soc. 1993. V. 115. P. 12446–12458. https://doi.org/10.1021/ja00079a028

  31. Brazhe N.A., Treiman M., Faricelli B., Vestergaard J.H., Sosnovtseva O.V. // PLoS One. 2013. V. 8. P. e70488. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070488

  32. Chertkova R.V., Brazhe N.A., Bryntseva T.V., Nekrasov A.N., Dolgikh D.A, Yusipovich A.I., Sosnovtseva O.V., Maksimov G.V., Rubin A.B., Kirpichnikov M.P. // PLoS One. 2017. V. 12. P. e0266695. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0266695

  33. Ogawa M., Harada Y., Yamaoka Y., Fujita K., Yaku H., Takamatsu T. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2009. V. 382. P. 370–374. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2009.03.028

  34. Couture M., Burmester T., Hankeln T., Rousseau D.L. // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 36377–36382. https://doi.org/10.1074/jbc.m103907200

  35. Couture M., Das T.K., Savard P.Y., Ouellet Y., Wittenberg J.B., Wittenberg B.A., Rousseau D.L., Guertin M. // Eur. J. Biochem. 2000. V. 267. P. 4770–4780. https://doi.org/10.1046/j.1432-1327.2000.01531.x

  36. Bazylewski P., Divigalpitiya R., Fanchini G. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 2964–2970. https://doi.org/10.1039/C6RA25879D

  37. Dong A., Huang P., Caughey W.S. // Biochemistry. 1990. V. 29. P. 3303–3308. https://doi.org/10.1021/bi00465a022

  38. Moss D., Nabedryk E., Breton J., Mantele W. // Eur. J. Biochem. 1990. V. 187. P. 565–572. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1990.tb15338.x

  39. Sun Y., Benabbas A., Zeng W., Kleingardner J.G., Bren K.L., Champion P.M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. V. 111. P. 6570–6575. https://doi.org/10.1073/pnas.1322274111

  40. Venyaminov S.Y., Kalnin N.N. // Biopolymers. 1990. V. 30. P. 1259–1271. https://doi.org/10.1002/bip.360301310

  41. Тен Г.Н., Герасименко А.Ю., Щербакова Н.Е., Баранов В.И. // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2019. Т. 19. С. 43–57.

  42. Nucara A., Maselli P., Giliberti V., Carbonaro M. // SpringerPlus. 2013. V. 2. P. 661. https://doi.org/10.1186/2193-1801-2-661

  43. STAT5A (NM_003152) Human Tagged ORF Clone. https://www.origene.com/catalog/cdna-clones/expression-plasmids/rc207482/neuroglobin-ngb-nm_ 021257-human-tagged-orf-clone

  44. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. // Molecular Cloning: a Laboratory Manual. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Press, 1989.

  45. Nicolis S., Monzani E., Ciaccio C., Ascenzi P., Moens L., Casella L. // Biochem. J. 2007. V. 407. P. 89–99. https://doi.org/10.1042/bj20070372

  46. Kosmachevskaya O.V., Nasybullina E.I., Shumaev K.B., Topunov A.F. // Molecules. 2021. V. 26. P. 7207. https://doi.org/10.3390/molecules26237207

  47. Schagger H., Jagow G. // Anal. Biochem. 1987. V. 166. P. 368–379. https://doi.org/10.1016/0003-2697(87)90587-2

  48. Brazhe A.R. https://github.com/abrazhe/pyraman

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Биоорганическая химия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал