¹ Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича" (ИБМХ), Москва, Россия

² Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Объединенный институт высоких температур Российской академии наук" (ОИВТ РАН), Москва, Россия

³ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова" Министерства здравоохранения Российской Федерации, Москва, Россия

⁴ Институт урологии и репродуктивного здоровья человека, ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия

⁵ Фонд перспективных технологий и новаций (ФПТН), Москва, Россия

⁶ Московский государственный университет, факультет вычислительной математики и кибернетики, Москва, Россия

⁷ Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К. И. Скрябина, Москва, Россия

⁸ Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ (НИЯУ МИФИ), Москва, Россия

Аннотация. Методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и спектрофотометрии (СФ) исследован эффект инкубации раствора пероксидазы хрена (ПХ) вблизи запястья пациента с сердечно-сосудистым заболеванием (ССЗ), а также вблизи запястья здорового добровольца на адсорбционные свойства и активность этого фермента. После инкубации вблизи запястья пациента с ССЗ наблюдалась адсорбция агрегатов ПХ на свежесколотой слюде наряду с мономерной формой фермента. В случае здорового добровольца адсорбция агрегатов ПХ не наблюдалась, как и в случае контрольного образца фермента. При этом ферментативная активность ПХ относительно контрольного образца возрастала в обоих случаях. Принимая во внимание широкое использование ПХ в медицинской диагностике, а также важное значение пероксидаз как биомаркеров ССЗ обнаруженные экспериментальные факты полезно учитывать при разработке новых систем диагностики заболеваний человека, в том числе ССЗ и воспалительных заболеваний.

Ключевые слова: атомно-силовая микроскопия, агрегация фермента, пероксидаза хрена, сердечно-сосудистые заболевания

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются причиной более половины всех смертей в России, достигая 57% [1]. Таким образом, ССЗ являются не только основным фактором смертности в нашей стране [2], но и ложатся тяжелым бременем на экономику [2, 3], представляя собой одну из важнейших комплексных социально-экономических и медицинских проблем [2]. В этой связи, необходима активизация работ по диагностике и лечению ССЗ [1]. В нашей работе мы описываем экспериментальные факты, учет которых может быть полезен в разработке диагностических систем, включая системы для диагностики ССЗ.

Биохимические процессы в организме человека регулируются ферментами [4]. Так, пероксидазы катализируют окисление пероксидом водорода различных субстратов, участвуя в таких важных процессах, как защитные механизмы, иммунный ответ и патогенез [5]. Среди пероксидаз можно выделить гем-содержащие пероксидазы, такие как миелопероксидазы, лактопероксидазы, тиреоидную пероксидазу, эозинофильные пероксидазы и пр. [5]. В этой связи следует отметить значимую роль энзимологических исследований в диагностике и прогнозировании эффекта лечения заболеваний [6], так как некоторые гем-содержащие пероксидазы являются биомаркерами заболеваний человека, в том числе ССЗ. Так, миелопероксидаза является биомаркером воспалительных процессов (в частности, ревматоидного артрита) и ССЗ (а именно, ишемической болезни сердца и острого коронарного синдрома) [7]. Эозинофильная пероксидаза может использоваться как биомаркер воспалительных процессов при риносинусите [8] и астме [9]. Отметим, что зрелая миелопероксидаза представлена в организме человека в димерной форме [10]. Таким образом, одной из важных задач энзимологии является исследование изменений физико-химических свойств гем-содержащих пероксидаз при патологических состояниях, в частности, при ССЗ.

В представленной работе в качестве модельного фермента использована пероксидаза из корней хрена (ПХ). Эта гем-содержащая пероксидаза всесторонне охарактеризована в литературе и представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 40–44 кДа [11, 12], включающей от 18 до 27% углеводных цепей, стабилизирующих структуру фермента [12, 13]. Отметим, что ПХ широко используется в качестве репортерного фермента в системах для медицинской диагностики [14], в частности, в системах для диагностики инфекционных заболеваний [14] и ССЗ [15, 16]. Это обстоятельство также повышает важность исследования влияния воздействий внешних факторов на физико-химические свойства ПХ.

В наших экспериментах методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) и спектрофотометрии (СФ) исследовано влияние инкубации раствора гем-содержащей пероксидазы – ПХ, использованной в качестве модельного объекта вблизи запястья пациента с сердечно-сосудистым заболеванием (ССЗ), а также вблизи запястья здорового добровольца на ее адсорбционные свойства и ферментативную активность. Было обнаружено, что из раствора ПХ, инкубированного вблизи запястья пациента с искусственным митральным клапаном, фермент адсорбировался на свежесколотую слюду в виде смеси мономеров и агрегатов. Напротив, в случае раствора ПХ, инкубированного вблизи запястья здорового добровольца, ПХ адсорбировалась на слюду в виде мономеров – как и в случае контрольного образца фермента, инкубированного в изолированном помещении. При этом ферментативная активность ПХ в реакции окисления 2,2′-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6сульфоната) (АБТС) пероксидом водорода повышалась относительно контрольного образца как в эксперименте с участием здорового добровольца, так и в эксперименте с участием пациента с ССЗ. Полученные в работе результаты полезно использовать в разработке новых систем диагностики заболеваний человека, в том числе ССЗ и воспалительных заболеваний.

формате PDF (578Кб)