Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54427 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MODEL MEMBRANE’S OBJECTS FOR INVESTIGATIONS OF THE ENDOGENOUS AND EKZOGENOUS FACTORS ACTIONS МОДЕЛЬНЫЕ МЕМБРАННЫЕ ОБЪЕКТЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕЙСТВИЯ ЭНДОГЕННЫХ И ЭКЗОГЕННЫХ ФАКТОРОВ Алексеева О М Alekseeva O M olgavek@yandex.ru Кременцова А В Krementsova A V Кривандин А В Krivandin A V Шаталова О В Shatalova O V Голощапов А Н Golochshapov A N Ким Ю А Kim Yu A Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences ru Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФГБУН «ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН» ru Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences ru 25 06 2019 25 06 2019 4 2 245 252 20 06 2019 20 06 2019 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54427/view

Для оценки воздействия биологически активных веществ (БАВ) использовали последовательный ряд экспериментальных объектов: модельные - мультиламеллярные фосфолипидные липосомы (ФМЛ), сформированные из синтетического индивидуального фосфолипида димиристоилфосфатидилхолина (ДМФХ), и из смеси природных фосфолипидов яичного лецитина; органеллы - фрагментированный саркоплазматический ретикулум (ФСР) и тени эритроцитов (плазматическая мембрана с цитоскелетом); клетки - эритроциты и клетки асцитной карциномы Эрлиха (АКЭ). В качестве БАВ применяли экзогенные вещества: мелафен, кофеин и его аналоги и антагонисты, фенозан и его производные, и эндогенные вещества - свободные жирные кислоты (СЖК), сывороточный альбумин, АТФ и соли магния и кальция. Регистрацию ответов экспериментальных объектов при воздействии БАВ проводили методами ДСК, малоуглового рентгеновского светорассеяния (МУРР), первичного светорассеяния под прямым углом в видимой области, методами потенциометрии. Определили методом ДСК концентрационные границы применения феноксана (10-5 М) и ИХФАНов (10-6 М) без деструкции микродоменной организации бислоев ФМЛ, сформированных из ДМФХ. Мелафен в широком диапазоне концентраций не нарушает структуру таких ФМЛ, но вызывает изменения термодинамических параметров плавления. ИХФАН-10 и феноксан изменяют параметры термоиндуцированной денатурации белковых микродоменов теней эритроцитов, мелафен не влияет. Методом МУРР показали отсутствие влияния мелафена в широком диапазоне концентраций на толщины бислоев и порядок упаковки в ФМЛ из природных фосфолипидов. Методом потенциометрии определили концентрационно-зависимое воздействие Mg2+ на активность Са2+-АТФазы и Ca2+-канала в зависимости от присутствия СЖК в мембранах ФСР. СЖК и Mg2+ усиливают эффект активатора Ca2+- канала - кофеина. Экстракция СЖК из ФСР сывороточным альбумином снижает эффект кофеина. Методом первичного светорассеяния показали угнетение мелафеном и феноксаном пурин-зависимой Ca2+-сигнализации в клетках АКЭ. Сделан вывод о возможности использования примененных методов и объектов для тестирования веществ с целью выявления биологической активности.

For investigation of biologically active substance (BAS) effects the consistent number of experimental objects was used: model - multilamellar phospholipid liposomes (MPL), formed from synthetic individual phospholipid dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), and from mix of natural phospholipids of egg lecithin; organelles - fragmented sarcoplasmic reticulum (FSR) and erythrocyte’s ghost (plasma membrane with cytoskeleton); cells-insulated erythrocytes and cells of Ehrlich ascetic carcinoma (EAC). The biologically active substances, which were used: at first - the exogenous substances: melafen, caffeine and its analogs and antagonists, phenosan and its derivatives; at second - endogenic substances: free fatty acids (FFA), serum albumin, ATP and inorganic salts, containing magnesium and calcium. The registration of experimental objects reactions to the actions of BAS was held by the methods: DSC, small-angle x-ray light scattering (SAXS), primary light scattering at a right angle in the visible range, potentiometric methods. The concentration regions of BAS have been determined by DSC under the application of phenoksan (10-5 M) and IHFANs (10-6 M). These regions were without the destruction of microdomain organization at bilayers of MPL, formed from DMPC. Melafen over a wide range of concentrations didn’t disrupt the structure of such MPL, but caused the changes of thermodynamic parameters. IHFAN-10 and phenoksan changed the parameters of thermo-induced denaturation of protein microdomains of erythrocyte ghosts, melafen hadn’t effect. SAXS didn’t show of melafen influence at wide range of concentrations on the bilayers thickness and packing at natural MPL. The concentration-dependent actions of Mg2+ to the activities of Са2+-ATPase and Ca2+-channel have been showed by potentiometric method, also with the presence of FFA in FSR membranes. FFA and Mg2+ influenced to the effect of Ca2+-channel activator - caffeine. The extraction of FFA from FSR by the treatment with serum albumin reduced the effect of caffeine. Primary light diffusion showed the inhibition of purine-depended Ca2+-signalling at EAC cells by the melafen and phenoksan. It has been concluded that the approach based on the using of these experimental methods and objects could be applied to the substances test with the aim of revealing of their biological activity.

 фосфолипиды мультиламеллярные липосомы биологически активные вещества тени эритроцитов эритроциты ДСК малоугловое дифракционное рассеяние phospholipids multilamellar liposomes biology active substances erythrocyte’s ghost erythrocyte DSC small-angle X-ray scattering

Фаттахов С.-Г.Г., Резник В.С., Коновалов А.И. Меламиновая соль бис гидроксиметил фосфиновой кислоты (Мелафен), как новый сильный регулятор роста растений. 13 Международная конференция химии фосфорных соединений. С.-Петербург, 2002, c. 80. [Fattakhov S.G., Reznik V.S., Konovalov A.I. Melamine Salt of Bis (hydroxymethyl) Phosphinic Acid (Melaphene) as a New Generation Regulator of Plant Growth Regulator. Proceedings of the 13th International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds, 2002, St. Petersburg, p. 80. (In Russ.)]. Fattahov S.-G.G., Reznik V.S., Konovalov A.I. Melaminovaya sol' bis gidroksimetil fosfinovoy kisloty (Melafen), kak novyy sil'nyy regulyator rosta rasteniy. 13 Mezhdunarodnaya konferenciya himii fosfornyh soedineniy. S.-Peterburg, 2002, c. 80. [Fattakhov S.G., Reznik V.S., Konovalov A.I. Melamine Salt of Bis (hydroxymethyl) Phosphinic Acid (Melaphene) as a New Generation Regulator of Plant Growth Regulator. Proceedings of the 13th International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds, 2002, St. Petersburg, p. 80. (In Russ.)]. Ершов В.В., Никифоров Г.А., Володькин A.A. Пространственно- затруднённые фенолы. М.: Химия, 1972, 352 с. [Ershov V.V., Nikiforov G.A., Volodkin A.A. Spatially obstructed phenols. Moscow: Khimia, 1972, 325 p. (In Russ.)] Ershov V.V., Nikiforov G.A., Volod'kin A.A. Prostranstvenno- zatrudnennye fenoly. M.: Himiya, 1972, 352 s. [Ershov V.V., Nikiforov G.A., Volodkin A.A. Spatially obstructed phenols. Moscow: Khimia, 1972, 325 p. (In Russ.)] Никифоров Г.А., Белостоцкая И.С., Вольева В.Б., Комиссарова Н.Л., Горбунов Д.Б. Биоантиоксиданты "поплавкового" типа на основе производных 2,6 дитретбутил-фенола. Биоантиоксидант. Научный вестник мед. акад., 2003, с. 50-51. [Nikiforov G.A., Belostotskaya I.S., Vol’eva V.B., Komissarova N.L., Gorbunov D.B. Bioantioxidants “float types” at base of derivatives 2,6 ditret butyl fenyl. Scientific Bulletin of the Tyumen Academy of Medicine: «Bioantioxidants», 2003, vol. 1, рр. 50-51. (In Russ.)] Nikiforov G.A., Belostockaya I.S., Vol'eva V.B., Komissarova N.L., Gorbunov D.B. Bioantioksidanty "poplavkovogo" tipa na osnove proizvodnyh 2,6 ditretbutil-fenola. Bioantioksidant. Nauchnyy vestnik med. akad., 2003, s. 50-51. [Nikiforov G.A., Belostotskaya I.S., Vol’eva V.B., Komissarova N.L., Gorbunov D.B. Bioantioxidants “float types” at base of derivatives 2,6 ditret butyl fenyl. Scientific Bulletin of the Tyumen Academy of Medicine: «Bioantioxidants», 2003, vol. 1, rr. 50-51. (In Russ.)] Тараховский Ю.С., Кузнецова С.М., Васильева Н.А., Егорочкин М.А., Ким Ю.А. Взаимодействие таксифолина (дигидрокверцитинга) с мультиламеллярными липосомами из димиристоилфосфатидилхолина. Биофизика, 2008, т. 53, № 1, с. 78-84. [Tharachovsky Yu.S., Kuznetsova S.M., Vasil’eva N.A., Egorochkin M.A., Kim I.A. Interaction of taxifolin (dihydroquercetin) with dimyristoylphosphatidylcholine multilamellar liposomes. Biofisika, 2008, vol. 53, no. 1, pp. 78-84. (In Russ.)] Tarahovskiy Yu.S., Kuznecova S.M., Vasil'eva N.A., Egorochkin M.A., Kim Yu.A. Vzaimodeystvie taksifolina (digidrokvercitinga) s mul'tilamellyarnymi liposomami iz dimiristoilfosfatidilholina. Biofizika, 2008, t. 53, № 1, s. 78-84. [Tharachovsky Yu.S., Kuznetsova S.M., Vasil’eva N.A., Egorochkin M.A., Kim I.A. Interaction of taxifolin (dihydroquercetin) with dimyristoylphosphatidylcholine multilamellar liposomes. Biofisika, 2008, vol. 53, no. 1, pp. 78-84. (In Russ.)] Тараховский Ю.С. Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ. М.: Издательство ЛКИ, 2011, 280 с. [Tharachovsky Yu.S. Intellectual lipid nanocontainers in targeted drug delivery. LKI, Moscow, 2011, 280 p. (In Russ.)] Tarahovskiy Yu.S. Intellektual'nye lipidnye nanokonteynery v adresnoy dostavke lekarstvennyh veschestv. M.: Izdatel'stvo LKI, 2011, 280 s. [Tharachovsky Yu.S. Intellectual lipid nanocontainers in targeted drug delivery. LKI, Moscow, 2011, 280 p. (In Russ.)] Escriba P.V., Ozaita A., Ribas C., Miralles A., Fodor E., Farkas T., Garcia-sevilla J.A. Role of lipid polymorphism in G protein-membrane interactions: nonlamellar - prone phospholipids and peripheral protein binding to membranes. Proc. Natl.Acad. Sci. U.S.A, 1997, vol. 94, pp. 11375-11380. Escriba P.V., Ozaita A., Ribas C., Miralles A., Fodor E., Farkas T., Garcia-sevilla J.A. Role of lipid polymorphism in G protein-membrane interactions: nonlamellar - prone phospholipids and peripheral protein binding to membranes. Proc. Natl.Acad. Sci. U.S.A, 1997, vol. 94, pp. 11375-11380. Антонов В.Ф., Смирнова Е.Ю., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых превращениях. М.: Наука, 1992, 125 с. [Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Lipid Membrane in Phase Transformations. Moscow, Nauka Publ., 1992, 125 p. (In Russ.)] Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Lipidnye membrany pri fazovyh prevrascheniyah. M.: Nauka, 1992, 125 s. [Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Lipid Membrane in Phase Transformations. Moscow, Nauka Publ., 1992, 125 p. (In Russ.)] Sato Y., Yamakose H. Suzuki Ya. Mechanism of hypotonic hemolysis of human erythrocytes. Biol. Pharm. Bull., 1993, vol. 16, no. 5, pp. 506-512. Sato Y., Yamakose H. Suzuki Ya. Mechanism of hypotonic hemolysis of human erythrocytes. Biol. Pharm. Bull., 1993, vol. 16, no. 5, pp. 506-512. Akoev V.R., Matveev A.V., Belyaeva T.V., Kim Y.A. The effect of oxidative stress on structural transitions of human erythrocyte ghost membranes. Biochim Biophys Acta., 1998, vol. 1371, no. 2, pp. 284-294. Akoev V.R., Matveev A.V., Belyaeva T.V., Kim Y.A. The effect of oxidative stress on structural transitions of human erythrocyte ghost membranes. Biochim Biophys Acta., 1998, vol. 1371, no. 2, pp. 284-294. Алексеева О.М., Кременцова А.В., Голощапов А.Н., Ким Ю.А. Ингибиторы рианодиновых рецепторов в саркоплазматическом ретикулуме. Международная конференция «Рецепторы и внутриклеточная сигнализация» Пущино 2019, с. 203-208. [Alekseeva O.M., Krementsova A.V. Goloshchapov A.N., Kim Yu.A. Inhibitors of Ryanodine receptors at sarcoplasmic reticulum. Proceedings of International Conference «Recepcia I vnutriketochnaya signalizacia». Puschino, Moscow region, 2009, pp. 203-208. (In Russ.)] Alekseeva O.M., Kremencova A.V., Goloschapov A.N., Kim Yu.A. Ingibitory rianodinovyh receptorov v sarkoplazmaticheskom retikulume. Mezhdunarodnaya konferenciya «Receptory i vnutrikletochnaya signalizaciya» Puschino 2019, s. 203-208. [Alekseeva O.M., Krementsova A.V. Goloshchapov A.N., Kim Yu.A. Inhibitors of Ryanodine receptors at sarcoplasmic reticulum. Proceedings of International Conference «Recepcia I vnutriketochnaya signalizacia». Puschino, Moscow region, 2009, pp. 203-208. (In Russ.)] Winegrad S. Authoradiographic studies of intracellular calcium in frog skeletal muscle. J. Gen. Physiol., 1965, vol. 48, pp. 455-479. Winegrad S. Authoradiographic studies of intracellular calcium in frog skeletal muscle. J. Gen. Physiol., 1965, vol. 48, pp. 455-479. Gebert G. Caffeine contracture of frog skeletal muscle and of single muscle fibres. American J. of Phisol., 1968, vol. 215, no. 3, pp. 296-298. Gebert G. Caffeine contracture of frog skeletal muscle and of single muscle fibres. American J. of Phisol., 1968, vol. 215, no. 3, pp. 296-298. Murayama T., Ogawa H., Kurebayashi N., Ohno S., Horie M., Sakurai T. A tryptophan residue in the caffeine-binding site of the ryanodine receptor regulates Ca2+sensitivity. Communications Biology, 2018, vol. 1, pp. 98. Murayama T., Ogawa H., Kurebayashi N., Ohno S., Horie M., Sakurai T. A tryptophan residue in the caffeine-binding site of the ryanodine receptor regulates Ca2+sensitivity. Communications Biology, 2018, vol. 1, pp. 98. Zafar S., Hussain A., Liu Y., Lewis D., Inesi G. Specificity of ligand binding to transport sites: Ca2+ binding to the Ca2+ transport ATPase and its dependence on H+ and Mg2+. Arch. Biochem. Biophys., 2008, vol. 476, no. 1, pp. 87-94. Zafar S., Hussain A., Liu Y., Lewis D., Inesi G. Specificity of ligand binding to transport sites: Ca2+ binding to the Ca2+ transport ATPase and its dependence on H+ and Mg2+. Arch. Biochem. Biophys., 2008, vol. 476, no. 1, pp. 87-94. Laver D.R. Regulation of the RyR channel gating by Ca2+ and Mg2+. Biophis. Rev., 2018, no. 4, pp. 1087-1095. Laver D.R. Regulation of the RyR channel gating by Ca2+ and Mg2+. Biophis. Rev., 2018, no. 4, pp. 1087-1095. Ikemoto N., Yamamoto T. The luminal Ca2+ transient controls Ca2+ release/re-uptake of sarcoplasmic reticulum. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000, vol. 279, pp. 858-863. Ikemoto N., Yamamoto T. The luminal Ca2+ transient controls Ca2+ release/re-uptake of sarcoplasmic reticulum. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000, vol. 279, pp. 858-863. Chen W., Kudryashev M. Structure of RyR1 in native membrane. Second Russian international conference “Cryo-electron microscopy. 2019: achievements and prospects” Lomonosov Moscow State University (MSU) June 2-5, 2019, pp. 36-37. Chen W., Kudryashev M. Structure of RyR1 in native membrane. Second Russian international conference “Cryo-electron microscopy. 2019: achievements and prospects” Lomonosov Moscow State University (MSU) June 2-5, 2019, pp. 36-37. Arslan P., Di Virgilio F., Betzame M., Tsien R.I., Pozzan T. Cytosolic Ca2+ homeostasis in Ehrlich and Yoshida carcinomas. A new, membrane-permeant chelator of heavy metals reveals that these ascites tumor cell lines have normal cytosolic free Ca2+. J. Biol. Chem., 1985, vol. 260, no. 5, pp. 2719-2727; Arslan P., Di Virgilio F., Betzame M., Tsien R.I., Pozzan T. Cytosolic Ca2+ homeostasis in Ehrlich and Yoshida carcinomas. A new, membrane-permeant chelator of heavy metals reveals that these ascites tumor cell lines have normal cytosolic free Ca2+. J. Biol. Chem., 1985, vol. 260, no. 5, pp. 2719-2727; Замай А.С., Замай Т.Н. Влияние АТФ на асцитные клетки в разные фазы опухолевого роста. Материалы международной конференции «Рецепция и внутриклеточная сигнализация». Пущино. 2005, c. 48-51. [Zamai A.C., Zamai T.N. ATP influences to the ascetic cells at different phases of its development. Proceedings of the International Conference on”Reception and intracellular signalling” Pushchino, 2005, pp. 48-51. (In Russ.)] Zamay A.S., Zamay T.N. Vliyanie ATF na ascitnye kletki v raznye fazy opuholevogo rosta. Materialy mezhdunarodnoy konferencii «Recepciya i vnutrikletochnaya signalizaciya». Puschino. 2005, c. 48-51. [Zamai A.C., Zamai T.N. ATP influences to the ascetic cells at different phases of its development. Proceedings of the International Conference on”Reception and intracellular signalling” Pushchino, 2005, pp. 48-51. (In Russ.)] Зинченко В.П., Касымов В.А., Ли В.В., Каймачников Н.П. Ингибитор кальмодулина R24571 индуцирует кратковременный вход Ca{2+} и импульсную секрецию АТФ в клетках асцитной карциномы Эрлиха. Биофизика. 2005, т, 50, вып., 5, с. 1055-1069. [Zinchenko V.P., Kasimov V.A., Li V.V., Kaimachnikov N.P. Inhibitor of kalmodulin R24571 indices the transition entering of Ca2+ and impulse secretion of ATP at the cells of Erlich ascetic carcinoma. Biophisika, 2005, vol. 50 (5), pp. 1055-1069. (In Russ.)] Zinchenko V.P., Kasymov V.A., Li V.V., Kaymachnikov N.P. Ingibitor kal'modulina R24571 induciruet kratkovremennyy vhod Ca{2+} i impul'snuyu sekreciyu ATF v kletkah ascitnoy karcinomy Erliha. Biofizika. 2005, t, 50, vyp., 5, s. 1055-1069. [Zinchenko V.P., Kasimov V.A., Li V.V., Kaimachnikov N.P. Inhibitor of kalmodulin R24571 indices the transition entering of Ca2+ and impulse secretion of ATP at the cells of Erlich ascetic carcinoma. Biophisika, 2005, vol. 50 (5), pp. 1055-1069. (In Russ.)]