Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55121 10.29039/rusjbpc.2022.0543 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ CYSTAMINE AND CYSTINE SUPPRESS Na+ TRANSPORT IN FROG SKIN EPITHELIUM ЦИСТАМИН И ЦИСТИН ПОДАВЛЯЮТ ТРАНСПОРТ Na+ В ЭПИТЕЛИИ КОЖИ ЛЯГУШКИ Мельницкая А. В. Melnitskaya A. V. avmelnitskaya@yandex.ru Крутецкая З. И. Krutetskaya Z. I. z.krutetskya@spbu.ru Антонов В. Г. Antonov V. G. Крутецкая Н. И. Krutetskaya N. I. Бадюлина В. И. Badulina V. I. Санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State University Saint Petersburg Russian Federation Санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State University Saint Petersburg Russian Federation Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State Pediatric Medical University Saint Petersburg Russian Federation Военно-Медицинская академия им. C.М. Кирова Санкт-Петербург Россия Kirov Military Medical Academy Saint Petersburg Russian Federation Санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State University Saint Petersburg Russian Federation Санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербург Россия Saint-Petersburg State University Saint Petersburg Russian Federation 28 09 2022 28 09 2022 7 3 451 457 20 09 2022 20 09 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55121/view

Кожа амфибий и другие изолированные эпителиальные системы являются классическими модельными объектами для исследования механизмов трансэпителиального транспорта ионов. Транспорт Na+ в осморегулирующих эпителиях представляет собой сложную, многокомпонентную систему, в работе которой принимают участие Na+-транспортирующие белки и сигнальные каскады, локализованные в различных мембранах клетки. Белковые компоненты этой системы могут являться мишенью для окислительного стресса. В то же время, влияние окислителей и восстановителей на транспорт Na+ в нативных эпителиальных системах, таких как эпителий кожи лягушки, практически не изучено. С помощью метода фиксации потенциала исследовано влияние дисульфидсодержащих окисляющих агентов цистина и цистамина на транспорт Na+ в коже лягушки. Впервые показано, что обработка кожи лягушки Rana temporaria цистамином или цистином в концентрации 10 мкг/мл снижает трансэпителиальный транспорт Na+. Обнаружено также, что предварительная инкубация с дитиотреитолом, восстанавливающим дисульфидные связи в белках, предотвращает ингибирующий эффект цистамина и цистина. Полученные результаты свидетельствуют о том, что транспорт Na+ в коже лягушки чувствителен к окислительному стрессу и модулируется дисульфидсодержащими окисляющими агентами, такими как цистамин или цистин, а также о том, что влияние цистамина и цистина на транспорт Na+ в эпителии кожи лягушки опосредовано их взаимодействием с функционально важными остатками цистеина Na+-транспортирующих белков.

Amphibian skin and other isolated epithelial systems are classical model objects for studying the mechanisms of transepithelial ion transport. Na+ transport in osmoregulatory epithelium is a complex, multicomponent system, which involves Na+ transporting proteins and signaling cascades localized in various cell membranes. The protein components of this system may be a target for oxidative stress. At the same time, the effect of oxidizing and reducing agents on Na+ transport in native epithelial systems, such as frog skin epithelium, practically has not been studied. Using voltage-clamp technique the effect of disulfide-containing oxidizing agents cystine and cystamine on Na+ transport in frog skin was investigated. It has been shown for the first time that the treatment of the skin of the Rana temporaria frog with cystamine or cystine at a concentration of 10 μg/ml suppresses the transepithelial Na+ transport. It was also found that the preincubation with dithiothreitol, which reduces disulfide bonds in proteins, prevents the inhibitory effect of cystamine and cystine. The obtained results indicate that Na+ transport in the frog skin is sensitive to oxidative stress and is modulated by disulfide-containing oxidizing agents, such as cystamine or cystine, and also that the effect of cystamine and cystine on Na+ transport in the frog skin epithelium is mediated by their interaction with functionally important cysteine residues of Na+-transporting proteins.

 транспорт Na+ цистамин цистин дитиотреитол эпителий кожи лягушки Na+ transport cystamine cystine dithiothreitol frog skin epithelium Работа выполнена в рамках плановых тем Кафедры биофизики Санкт-Петербургского государственного университета и Кафедры клинической биохимии и лабораторной диагностики Военно-Медицинской академии им. С.М. Кирова (Санкт-Петербург), а также Договора на выполнение научно-исследовательских работ № 05/03-20.

Наточин Ю.В. Основы физиологии почки. Л.: Наука, 1982, 184 с. Natochin Yu.V. Fundamentals of kidney physiology. L.: Nauka, 1982, 184 p. (In Russ.)] Benos D.J., Stanton B.A. Functional domeins within the degenerin/epitelial sodium channel (Deg/ENaC) superfamily of ion channels. J. Physiol., 1999, vol. 520, pp. 631-644. Benos D.J., Stanton B.A. Functional domeins within the degenerin/epitelial sodium channel (Deg/ENaC) superfamily of ion channels. J. Physiol., 1999, vol. 520, pp. 631-644. Firsov D., Robert-Nicoud M., Gruender S., Schild L., Rossier B.C. Mutational analysis of cysteine-rich domain of the epithelium sodium channel (ENaC): Identification of cysteines essential for channel expression at the cell surface. J. Biol. Chem., 1999, vol. 274, рр. 2743-2749. Firsov D., Robert-Nicoud M., Gruender S., Schild L., Rossier B.C. Mutational analysis of cysteine-rich domain of the epithelium sodium channel (ENaC): Identification of cysteines essential for channel expression at the cell surface. J. Biol. Chem., 1999, vol. 274, pp. 2743-2749. Kellenberger S., Gautschi I., Pfister Y., Schild L. Intracellular thiol-mediated modulation of epithelial sodium channel activity. J. Biol. Chem., 2005, vol. 280, pp. 7739-7747. Kellenberger S., Gautschi I., Pfister Y., Schild L. Intracellular thiol-mediated modulation of epithelial sodium channel activity. J. Biol. Chem., 2005, vol. 280, pp. 7739-7747. Koefoed-Johnsen V., Ussing H.H. The nature of the frog skin potential. Acta. Physiol. Scand., 1958, vol. 42, pp. 298-308. Koefoed-Johnsen V., Ussing H.H. The nature of the frog skin potential. Acta. Physiol. Scand., 1958, vol. 42, pp. 298-308. Boldyrev A.A., Bulygina E.R. Na/K-ATPase and oxidative stress. Ann. N.Y. Acad. Sci., 1997, vol. 834, pp. 666-668. Boldyrev A.A., Bulygina E.R. Na/K-ATPase and oxidative stress. Ann. N.Y. Acad. Sci., 1997, vol. 834, pp. 666-668. Coor C., Salmon R.F., Quigley R., Marver D., Baum M. Role of adenosine triphosphate (ATP) and NaKATPase in the inhibiton of proximal tubule transport with intracellular cystine loading. J. Clin. Invest., 1991, vol. 87, pp. 955-961. Coor C., Salmon R.F., Quigley R., Marver D., Baum M. Role of adenosine triphosphate (ATP) and NaKATPase in the inhibiton of proximal tubule transport with intracellular cystine loading. J. Clin. Invest., 1991, vol. 87, pp. 955-961. Lesort M., Lee M., Tucholski J., Johnson G.V.W. Cystamine inhibits caspase activity. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, pp. 3825-3830. Lesort M., Lee M., Tucholski J., Johnson G.V.W. Cystamine inhibits caspase activity. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, pp. 3825-3830. Paul B.D., Snyder S.H. Therapeutic applications of cysteamine and cystamine in neurodegenerative and neuropsychiatric diseases. Front. Neurol., 2019, vol. 10, art. 1315. Paul B.D., Snyder S.H. Therapeutic applications of cysteamine and cystamine in neurodegenerative and neuropsychiatric diseases. Front. Neurol., 2019, vol. 10, art. 1315. Wagner C.A., Lang F., Broer S. Function and structure of heterodimeric amino acid transporters. Amer. J. Physiol., 2001, vol. 281, pp. C1077-C1093. Wagner C.A., Lang F., Broer S. Function and structure of heterodimeric amino acid transporters. Amer. J. Physiol., 2001, vol. 281, pp. C1077-C1093. Sheng S.H., Li J.Q., McNulty K.A., Kieber-Emmons T., Kleyman T.R. Epithelial sodium channel pore region. Structure and role in gating. J. Biol. Chem., 2001, vol. 276, pp. 1326-1334. Sheng S.H., Li J.Q., McNulty K.A., Kieber-Emmons T., Kleyman T.R. Epithelial sodium channel pore region. Structure and role in gating. J. Biol. Chem., 2001, vol. 276, pp. 1326-1334. Krumm P., Giraldez T., Alvarez de la Rosa D., Clauss W.G., Fronius M., Althaus M. Thiol-reactive compounds from garlic inhibit the epithelial sodium channel (ENaC). Bioorg. Med. Chem., 2012, vol. 20, рр. 3979-3984. Krumm P., Giraldez T., Alvarez de la Rosa D., Clauss W.G., Fronius M., Althaus M. Thiol-reactive compounds from garlic inhibit the epithelial sodium channel (ENaC). Bioorg. Med. Chem., 2012, vol. 20, pp. 3979-3984. Waag T., Gelhaus C., Rath J., Stich A., Leippe M., Schirmeister T. Allicin and derivates are cysteine protease inhibitors with antiparasitic activity. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2010, vol. 20, рр. 5541-5543. Waag T., Gelhaus C., Rath J., Stich A., Leippe M., Schirmeister T. Allicin and derivates are cysteine protease inhibitors with antiparasitic activity. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2010, vol. 20, pp. 5541-5543. Kleyman T.R., Carattino M.D., Hughey R.P. ENaC at the cutting edge: regulation of epithelial sodium channels by proteases. J. Biol. Chem., 2009, vol. 284, pp. 20447-20451. Kleyman T.R., Carattino M.D., Hughey R.P. ENaC at the cutting edge: regulation of epithelial sodium channels by proteases. J. Biol. Chem., 2009, vol. 284, pp. 20447-20451. Rossier B.C., Stutts M.J. Activation of the epithelial sodium channel (ENaC) by serine proteases. Annu. Rev. Physiol., 2009, vol. 71, pp. 361-379. Rossier B.C., Stutts M.J. Activation of the epithelial sodium channel (ENaC) by serine proteases. Annu. Rev. Physiol., 2009, vol. 71, pp. 361-379. Bengrine A., Li J., Hamm L.L., Awayda M.S. Indirect activation of the epithelial Na+ channel by trypsin. J. Biol. Chem., 2007, vol. 282, pp. 26884-26896. Bengrine A., Li J., Hamm L.L., Awayda M.S. Indirect activation of the epithelial Na+ channel by trypsin. J. Biol. Chem., 2007, vol. 282, pp. 26884-26896. Garcia-Caballero A., Ishmael S.S., Dang Y., Gillie D., Bond J.S., Milgram S.L., Stutts M.J. Activation of the epithelial sodium channel by the metalloprotease meprin β-subunit. Channels (Austin), 2011, vol. 5, pp. 14-22. Garcia-Caballero A., Ishmael S.S., Dang Y., Gillie D., Bond J.S., Milgram S.L., Stutts M.J. Activation of the epithelial sodium channel by the metalloprotease meprin β-subunit. Channels (Austin), 2011, vol. 5, pp. 14-22. Haerteis S., Krappitz M., Bertog M., Krappitz A., Baraznenok V., Henderson I., Lindstrom E., Murphy J.E., Bunnett N.W., Korbmacher C. Proteolytic activation of the epithelial sodium channel (ENaC) by the cysteine protease cathepsin-S. Eur. J. Physiol., 2012, vol. 464, pp. 353-365. Haerteis S., Krappitz M., Bertog M., Krappitz A., Baraznenok V., Henderson I., Lindstrom E., Murphy J.E., Bunnett N.W., Korbmacher C. Proteolytic activation of the epithelial sodium channel (ENaC) by the cysteine protease cathepsin-S. Eur. J. Physiol., 2012, vol. 464, pp. 353-365. Brix K., Dunkhorst A., Mayer K., Jordans S. Cysteine cathepsins: cellular roadmap to different functions. Biochimie, 2008, vol. 90, pp. 194-207. Brix K., Dunkhorst A., Mayer K., Jordans S. Cysteine cathepsins: cellular roadmap to different functions. Biochimie, 2008, vol. 90, pp. 194-207. Kirschke H., Wiederanders B., Bromme D., Rinne A. Cathepsin S from bovine spleen. Purification, distribution, intracellular localization and action on proteins. Biochem. J., 1989, vol. 264, pp. 467-473. Kirschke H., Wiederanders B., Bromme D., Rinne A. Cathepsin S from bovine spleen. Purification, distribution, intracellular localization and action on proteins. Biochem. J., 1989, vol. 264, pp. 467-473. Zavasnik-Bergant T., Turk B. Cysteine cathepsins in the immune response. Tissue Antigens, 2006, vol. 67, pp. 349-355. Zavasnik-Bergant T., Turk B. Cysteine cathepsins in the immune response. Tissue Antigens, 2006, vol. 67, pp. 349-355. Lorand L., Conrad S.M. Transglutaminase. Mol. Cell Biochem., 1984, vol. 58, pp. 9-35. Lorand L., Conrad S.M. Transglutaminase. Mol. Cell Biochem., 1984, vol. 58, pp. 9-35.