Исследование ингибиторной активности фосфорорганических соединений
Токсикологические и фармакологические аспекты ингибирования ацетилхолинэстеразы. Оценка эстеразного профиля О-фосфорилированных гексафторизопропанолов. Роль карбоксилэстераза в метаболизме липидов. Расчет активности эстераз в препаратах мозга и крови.
Рубрика | Биология и естествознание |
Вид | диссертация |
Язык | русский |
Дата добавления | 17.05.2017 |
Размер файла | 189,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Исследования фармакологически важных препаратов, в том числе доклинические испытания, также проводятся на грызунах. Препараты со сложноэфирными или амидными группировками быстро гидролизуются в плазме грызунов под действием КЭ плазмы, что снижает их эффективную концентрацию и создает определенные затруднения как при изучении фармакологических свойств новых соединений, так и при токсикологических исследованиях. Это также осложняет экстраполяцию результатов, полученных в экспериментах на грызунах, на человека [361, 365]. В связи с этим весьма актуальным является поиск соединений, которые могли бы селективно и длительно ингибировать КЭ плазмы грызунов in vitro и in vivo. Применение таких ингибиторов позволит создать адекватную модель на грызунах для доклинических исследований соединений, подвергающихся карбоксил-эстеразному гидролизу [365].
Биологическая роль КЭ
КЭ относятся к ферментам первой фазы метаболизма ксенобиотиков: гидролизуют разнообразные липофильные химические соединения, содержащие сложноэфирную и амидную связь, до соответствующих водорастворимых свободных кислот и спиртов или аминов, тем самым, способствуя их элиминированию [320, 366, 367].
Роль КЭ в метаболизме лекарственных препаратов
Поскольку сложноэфирные производные многих терапевтических агентов используются в качестве пролекарств, с медицинской точки зрения КЭ являются основными факторами, определяющими фармакокинетику и фармакодинамику большинства подобных соединений, превращая их в активные лекарственные формы [319, 368].
Генетический полиморфизм, различные заболевания, лекарственные взаимодействия и ксенобиотики могут быть причиной изменения активности КЭ у индивидуума, меняя, таким образом, терапевтическую эффективность лекарственных препаратов - субстратов КЭ [351, 368-370].
КЭ1 активируют такие пролекарства как ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента (темокаприл, цилазаприл, квинаприла и имидаприла) [351, 371, 372]. Перспективные противоопухолевые препараты иринотекан (CPT-11, Irinotecan) и капецитабин активируются в организме в основном под дейстием КЭ2.
КЭ гидролизуют наркотики (кокаин, героин) [181, 378, 379] и препараты, действующие на ЦНС (метилфенидат, меперидин (петидин), флумазенил и др.) [380, 381], а также антиагреганты (клопидогрел, дабигатрана этексилат, аспирин и др), статины (симвастатин, ловастатин, клофибрат и др), противовирусные средства (осельтамивир - Тамифлю), тенофовир дизопроксил, валацикловир и др.), иммунодепрессанты (метилпреднизолон сукцинат) [368].
Таким образом, активность КЭ является важным параметром в фармакокинетике большинства терапевтических средств, содержащих сложноэфирную или амидную группировку, причем конструирование многих новых лекарств идет с учетом их метаболической активации или инактивации за счет карбоксилэстеразного гидролиза [382]. В связи с этим, ингибиторы КЭ, влияющие на скорость гидролиза подобных лекарственных препаратов, и таким образом определяющие скорость превращения пролекарства в действующее лекарство или, наоборот, увеличивающие полупериод жизни активного препарата, гидролизующегося КЭ, имеют важное терапевтическое значение.
Селективные ингибиторы КЭ востребованы также в качестве вспомогательного инструмента в доклинических исследованиях на грызунах новых фармакологических препаратов со сложноэфирными и амидными группировками, поскольку грызуны в отличие от человека имеют высокую активность КЭ плазмы [361, 365, 385, 386].
Роль КЭ в метаболизме липидов
Помимо основной роли КЭ в метаболизме ксенобиотиков недавние исследования выявили ее роль в метаболизме липидов [387-389]. Показано, что КЭ1 человека и ее мышиный ортолог Ces3 отвечают за мобилизацию цитозольного пула триглицеридов (ТГ) и их последующую сборку в липопротеины очень низкой плотности, которые впоследствии выходят из гепатоцитов в кровоток [390]. Кроме того, КЭ частично контролирует липолиз ТГ в жировой ткани мышей [391]. отсутствие такой регуляции приводит к высокому уровню жирных кислот в крови, липотоксичности и к клиническим проявлениям сахарного диабета. Гидролазная активность КЭ1 в отношении эфиров холестерина может предотвращать их накапливание в макрофагах человека и таким образом снижать риск развития атеросклероза и метаболического синдрома [392, 393].
Взаимодействие с ФОС: роль КЭ как биоскэвенджера и биомаркера воздействия ФОС
Одна из важнейших биологических функций КЭ - участие в детоксикации фосфорорганических соединений. Рассматривают два основных механизма защитного действия этих ферментов. Первый - это гидролиз карбоксиэфирной связи в тех ФОС, где она присутствует - это показано, например для малатиона [394], ацетиона и ряда других соединений [395]. Второй, более общий механизм, это ингибирование КЭ фосфорорганическими соединениями, приводящее к снижению концентрации антихолинэстеразного агента в циркулирующей крови и, соответственно, к меньшей степени ингибирования АХЭ и НТЭ в тканях-мишенях [396]. Таким образом, КЭ играет роль стехиометрической ловушки - скэвенджера, подобно БХЭ. Показано, что фосфорилированная КЭ плазмы в отличие от БХЭ подвергается быстрой спонтанной реактивации с образованием нетоксичных и неактивных метаболитов ФОС [365]. КЭ1 способна восстанавливать свою активность даже после ингибирования зарином [95]. Эти факты позволяют рассматривать КЭ1 в качестве эффективного биологического скэвенджера, который бы мог служить в качестве профилактического средства при отравлениях ФОС [95], а также для детоксикации оборудования и строений после воздействия ФОС [397].
Однако, в крови и плазме человека уровень активности КЭ чрезвычайно низок в противоположность стандартным лабораторным животным (мышам, крысам, кроликам), которые имеют высокий уровень КЭ в плазме. Это предполагает незначительную роль КЭ крови человека в качестве ФОС-скэвенждера, и соответственно низкую роль КЭ крови человека в качестве биомаркера, в противоположность КЭ крови грызунов и других животных. Данный факт необходимо учитывать при токсикологических исследованиях, проводимых на животных моделях.
КЭ гидролизуют и таким образом детоксицируют пиретроидные пестициды. Высокая активность КЭ насекомых - одна из причин их устойчивости к фосфорорганическим инсектицидам и снижения эффективности пиретроидов. Совместное применение ингибиторов КЭ позволяет преодолеть резистентность и усилить инсектицидное действие как фосфорорганических, так и пиретроидных инсектицидов [398].
Таким образом, токсичность и терапевтический эффект целого спектра соединений зависят от активности КЭ. В связи с этим оценка уровня активности КЭ очень важна при использовании лекарственных препаратов, содержащих сложноэфирные группировки, перспективной антираковой терапии, а также для защиты организма от токсического действия ФОС.
1.5 Параоксоназа
Другой важной группой эстераз являются параоксоназы (PON). PON широко распространены у млекопитающих, включая человека. PON-подобные белки обнаружены у различных классов организмов, включая бактерии и грибы, что говорит о филогенетической древности этой группы ферментов. PON не относятся к классу сериновых эстераз, каталитический центр PON содержит «гистидиновую диаду», в отличие от АХЭ, БХЭ, КЭ и НТЭ, имеющих высококонсервативную каталитическую триаду, в состав которой входит активный остаток серина.
Параоксоназы относятся к классу А-эстераз: ФОС не ингибируют данные ферменты, а являются их субстратами, в отличие от B-эстераз (АХЭ, БХЭ, КЭ, НТЭ), которые являются мишенями ФОС [69].
Локализация и субстратная специфичность PON
Параоксоназы человека разделены на три подсемейства (PON1, PON2 и PON3), гены которых картированы на длинном плече хромосомы 7 человека в локусе 7q21.3, рядом с геном АХЭ (7q22). Аминокислотные последовательности изоформ идентичны на 60-70% [399].
PON1 имеет два номера по классификации ферментов, поскольку гидролизует нитрофенилацетат (арилэстераза, КФ 3.1.1.2) и триэфир фосфорной кислоты - параоксон (арилдиалкилфосфатаза, фосфотриэстераза, органофосфатгидролаза, КФ 3.1.8.1).
У млекопитающих все три гена PON высоко консервативны и демонстрируют 79-95% идентичности на аминокислотном уровне и 81-95% на уровне нуклеотидов для различных генов [399, 400], что говорит об их важной физиологической роли.
PON1 изначально была идентифицирована как фермент, способный гидролизовать параоксон, первый и один из наиболее изученных субстратов. Впоследствии это название закрепилось за всем семейством ферментов. Однако только PON1 обладает значительной параоксоназной активностью, PON3 имеет очень низкую параоксоназную активность, а PON2 не обладает ею вообще [401], при этом все три изоформы обладают в той или иной степени арилэстеразной и лактоназной активностью. Название фермента дает ошибочное представление, будто параоксон является лучшим субстратом для фермента, на самом деле PON1 гидролизует фенилацетат (наилучший известный субстрат PON1) в 1000 раз быстрее, чем параоксон [402].
Все три изофермента PON1 обладают лактоназной активностью и участвуют в гидролизе некоторых общих субстратов - ароматических лактонов, но также обладают и собственной субстратной специфичностью. Все три параоксоназы очень эффективно взаимодействуют с производными арахидоновой и докосагексаеновой кислот, являющимися эндогенными субстратами ферментов семейства PON [403].
работе активность PON1 была исследована с использованием более 50 субстратов, принадлежащих к трем различным классам: сложные эфиры, фосфотриэфиры и лактоны. Полученные результаты подтверждают, что PON1 является скорее лактоназой, чем эстеразой или фосфотриэстеразой. Являясь ферментом с широкой субстратной специфичностью [404, 405], PON1 выполняет разнообразные биологические функции, что более подробно обсуждается ниже.
PON1 главным образом экспрессируется в печени и секретируется в кровь, в плазме крови она прочно связана с липопротеинами высокой плотности (ЛПВП). Показано, что ферментативная активность и стабильность молекулы PON1 зависят от связи фермента с частицами ЛПВП.
Концентрация белка PON1 в плазме человека составляет примерно 60 мг/л
Очень высокий уровень активности параоксоназы присутствует в печени и плазме крови грызунов, причем в плазме содержится более 50% всей параоксоназы.
Структура PON1
PON1 имеет молекулярную массу 43 кДа и состоит из 353 аминокислотных остатков. Остатки Cys42 и Cys353 образуют дисульфидный мостик, который связывает N- и C-концевые области молекулы, свободный Cys284 необходим для проявления лактоназной активности фермента, но не участвует в арилэстеразном и параоксоназном гидролизе [412], [413].
Кристаллическая структура PON1 представлена шестью в-слоями, организованными в виде пропеллера (Рис. 1.5.-1). В центральной части молекулы имеется канал, внутри которого располагается активный центр. Помимо в-складок, в молекуле имеется три б-спиральных домена, два из которых ограничивают вход в центральный канал и играют роль своеобразного якоря для закрепления молекулы фермента на поверхности частиц ЛПВП PON1 является Ca2+- зависимой гидролазой: внутри центрального канала фермента располагаются два иона Ca2+, один из которых участвует в стабилизации структуры белка, другой необходим для каталитической функции PON1. ЭДТА полностью ингибирует активность фермента [410]. Ион кальция необходим как для гидролиза лактонов, так и для параоксоназной и арилэстеразной активностей PON1 [414]. Необходимость именно Ca2+ доказывалась его заменой на ионы цинка или магния: ферментативная активность со всеми субстратами сильно снижалась в присутствии Zn2+ и Mg2+ (приблизительно в 10-100 раз.
В активном центре фермента располагается «гистидиновая диада» - сопряженный комплекс остатков His115 и His134, участвующих в эстеразном и лактоназном гидролизе, но не в фосфотриэстеразной активности [415]. Структура активного центра указывает на общеосновный механизм катализа: His115 депротонирует молекулу воды, образующийся гидроксильный радикал атакует молекулу субстрата и вызывает ее гидролиз. His134 является донором протона, повышая основность His115. «Каталитический» ион Ca2+ стабилизирует образующийся отрицательно заряженный интермедиат. Ацил-ферментный комплекс в процессе гидролиза, по всей видимости, не образуется [416]. Аминокислотные остатки, обусловливающие фосфотриэстеразную активность и эстеразную/лактоназную активность PON1 находятся в разных областях активного центра [415, 416].
Физиологическая функция PON1
Физиологической функцией PON1 предположительно является гидролиз гомоцистеин-тиолактонов, что предотвращает гомоцистеинилирование белков и предупреждает развитие атеросклероза [417, 418]. PON1 гидролизует и другие эндогенные лактоны, например, лактон гомогентизиновой кислоты, промежуточный продукт распада циклических аминокислот - фенилаланина и тирозина [413].
Как уже отмечалось, PON1 синтезируется главным образом в печени и секретируется в кровь, где она связывается с ЛПВП. Одной из естественных физиологических функций PON1 является метаболизм токсичных окисленных липидов и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), а также ЛПВП, что снижает риск развития атеросклероза [419-424].
Активность PON1 понижена при ряде патологий, ассоциированных с атеросклерозом. Наблюдается обратная зависимость между уровнем активности PON1 и риском развития сердечно-сосудистых заболеваний [413, 425, 426], что свидетельствует о важном клиническом значении этого фермента
[421, 427].
PON1 способна также гидролизовать фактор активации тромбоцитов (PAF), что значительно снижает тромбообразование и хемотаксис лейкоцитов.
Роль PON1 в метаболизме лекарственных средств
PON1 играет важную роль в гидролитическом метаболизме некоторых лекарственных препаратов, содержащих сложноэфирную и лактоновую группировку [403]. Так, PON1 гидролизует ловастатин, используемый для контроля уровня холестерина. [413].
Ингаляционная терапия кортикостероидами для лечении астмы предполагает устойчивость данных препаратов в легких, но при этом их быструю инактивацию при попадании в кровь во избежание побочных эффектов. Было показано, что именно лактоны, но не эфиры кортикостероидов обладают должным эффектом [429]. Их инактивация в крови обеспечивается PON1, тогда как в легких PON1 отсутствует.
PON1 и детоксикация ФОС
PON1 играет ключевую роль в детоксикации ряда ФОС, гидролизуя их активные метаболиты (оксоны), что показано в исследованиях на животных моделях [430, 431]. PON1 гидролизует оксоны ряда фосфорорганических инсектицидов (например, параоксон, хлорпирифос-оксон, диазинон-оксон, пиримифос-метилоксон), а также нервно-паралитические боевые отравляющие вещества, такие как зарин, зоман, табун и в меньшей степени VX [410]. Данные, полученные на животных моделях [432, 433], убедительно показали основную роль параоксоназ в детоксикации тионфосфорильных ФОС, метаболизм которых идет по пути Р450 / PON1.
Живые организмы с низким уровнем параоксоназы (например, птицы) более восприимчивы к специфическим фосфорорганическим соединениям, чем животные с высоким уровнем активности этого фермента (например, крысы, мыши и в особенности кролики) [400, 433, 434]. Гидролизуя ФОС, PON1 тем самым нейтрализует их токсическое действие на организм. Однако параоксоназная активность фермента в крови человека относительно невысока имеет значительные индивидуальные различия [435]. Исследуется возможность применения препаратов рекомбинантной PON1 человека (rHuPON1) в качестве каталитического биоскэвенджера при отравлениях ФОС.
Возраст является существенным фактором, определяющим активность PON1. Исследования на грызунах показали, что в печени и сыворотке крови у новорожденных животных наблюдается очень низкий уровень активности PON1, который увеличивается до нормального уровня к 21 дню жизни [437, 438]. Низкий уровень активности параоксоназы у молодых животных частично объясняет наблюдаемую у них более высокую чувствительность к ФОС.
Низкая активность PON1 в процессе вынашивания плода может представлять собой фактор риска повышения восприимчивости к токсическому действию некоторых фосфорорганических инсектицидов. У детей до двух лет наблюдается минимальная активность PON1, и только к 9 годам ее активность достигает уровня активности у взрослых людей сохраняется примерно на постоянном уровне после достижения взрослого состояния [437]. С возрастом наблюдается прогрессирующее снижение активности PON1. Это может быть связано с развитием окислительного стресса при старении, и имеет влияние на повышение риска заболеваемости атеросклерозом у пожилых людей [443]. В связи с пониженным уровнем активности PON1 в детском и пожилом возрасте эти категории людей более восприимчивы к токсическому воздействию ФОС [441].
Генетический полиморфмзм PON1
Определяющее значение имеют два наиболее распространенных полиморфизма в кодирующей области гена: L55M (Leu/Met) и Q192R (Gln/Arg) [444], которые оказывают влияние на каталитическую активность параоксоназы [444-447]. Частота встречаемости Leu55 и Met55 составляет, соответственно, 0.65 и 0.35 в Соединенных Штатах и Европе, тогда как в Японии 0.94 и 0.06, соответственно [448, 449]. Вариант Leu55 имеет более высокую активность в отношении гидролиза фенилацетата, чем Met55 [450]. Замена Gln192Arg (Q192R), определяет различную каталитическую активность PON1 в отношении некоторых фосфорорганических субстратов и повышенную склонность к ишемической болезни сердца и смертности среди женщин во второй половине жизни [451]. Встречаемость Q192 варьирует в диапазоне от для кавказской популяции до 0.3 для некоторых азиатских популяций [452]. Примерно в 98% случаев вариант аллеля R192 связан с вариантом L55. Было показано, что R192-форма белка быстрее гидролизует параоксон, чем Q192-форма, тогда как для зарина, зомана, диазоксона наблюдается обратная катртина.
T-108C представляет собой полиморфизм тимидин/цитозин в промоторной области гена PON1, следствием которого является значительная вариабельность концентрации РON1 [433, 449, 450]. C-108T полиморфизм оказывает наибольший эффект на уровень PON1 в плазме, причем для -108C аллеля уровень активности PON1 в плазме вдвое превышает таковой для -108T аллеля. Эти генетические факторы в значительной мере определяют индивидуальную чувствительность к ФОС, понижая как активность фермента, так и его содержание в крови.
Важность статуса PON1 для оценки восприимчивости организма к токсичным веществам или риска развития сердечно-сосудистых заболеваний указывает и на значимость факторов, влияющих на активность PON1. Хотя генетические факторы, такие как полиморфизм, о котором было сказано ранее, играют главную роль в определении PON1-статуса человека, вклад других факторов в регуляцию деятельности фермента также имеет значение. Так, показана модуляция экспрессии гена PON1 у человека широким спектром соединений: статины, желчные кислоты, этанол [453], полифенолы, флавоноиды, антиоксиданты, ацетилсалициловая кислота. Также оказывают влияние факторы окружающей среды (активные формы кислорода и азота, табачный дым [454], тяжелые металлы). Атерогенная диета и воспалительные процессы также способны влиять на уровень экспресии гена PON1.
Таким образом, в организме PON1 выполняет
защитную функцию при действии антихолинэстеразных соединений, в первую очередь ФОС, гидролизуя потенциальные нейротоксиканты, и является биомаркером чувствительности к ФОС;
обладает антиатерогенной активностью, в составе ЛПВП проявляет антиоксидантные свойства, снижая риск заболеваний сердечно-сосудистой системы;
модулирует метаболизм лекарств, гидролизуя фармакологически значимые соединения, а также детоксицирует широкий спектр ксенобиотиков.
В связи с этим уровень активности PON1 в крови является важным показателем как для предсказания индивидуальной чувствительности к действию ФОС, так и для оценки риска кардиоваскулярных заболеваний, а также при проведении экспериментальных исследований в токсикологии и фармакологии.
Обзор литературных источников показал, что АХЭ, НТЭ, БХЭ, КЭ и PON1 играют важнейшую роль в организме человека и могут служить индикаторами различных патологических состояний, в том числе и вызванных контактами с токсичными ФОС и карбаматами. Показана важная роль ингибиторов АХЭ, БХЭ и КЭ как фармакологических препаратов. Отмечена значимость анализа активности указанных эстераз для своевременной диагностики и подбора индивидуальной лекарственной терапии в клинической практике и токсикологии.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Материалы
(ЭДТА), протеин стандарт (бычий сывороточный альбумин (BSA), хлорид кальция (CaCl2); диметилсульфоксид (DMSO), этопропазин (ЭПр), 1-нафтилацетат (1-NA), 4-нитрофенилацетат (4-NPA), фенилацетат (PhA), эзерин, диэтил-4-нитрофениловый эфир фосфорной кислоты (параоксон, РО), тетра(моноизопропил)пирофосфотетрамид (iso-OMPA), бис-пара-нитро-фенилфосфат (BNPP) фирмы Sigma-Aldrich (США); 4-аминоантипирин (4-ААП) (Acros organics, Бельгия); фенилвалерат (PhV) и мипафокс (МХ) (Oryza Laboratory Inc., США), цитрат натрия (Merck, Германия).
О-фосфорилированные гексафторизопропанолы (PFP): O,O-диэтил-O-(1-трифторметил-2,2,2-трифторэтил)фосфат (diEt-PFP) и O,O-дибутил-O-(1-трифторметил-2,2,2-трифторэтил)фосфат (diBu-PFP); серия O,O-диалкил-O-(1-этоксикарбонил-2,2,2-трифторэтил) фосфатов (O-фосфорилированных этилтрифторлактатов, TFL) и O,O-ди-1-пропил-О-2,2-дихлорвинилфосфат (diPr-DClVP) синтезированы и предоставлены зав. лаб. синтеза физиологически активных веществ ИФАВ РАН к.х.н. Соколовым В.Б. и в.н.с., к.х.н. Аксиненко А.Ю. Синтез diEt-PFP и diBu-PFP проводился по методу, описанному в работах [64, 455, 456], TFL синтезированы по методу, описанному в работе [64, 456].
Все остальные реактивы были марки не ниже Х.Ч. и использовались без предварительнойочистки.Всеводныерастворыготовилисьв бидистиллированной воде.
2.2 Исследование кинетики ингибирования АХЭ, БХЭ, КЭ и НТЭ фосфорорганическими соединениями
Определение бимолекулярных констант ингибирования АХЭ, БХЭ, КЭ и НТЭ исследуемыми ФОС (ki, М-1мин-1) проводили с использованием коммерческих препаратов ферментов фирмы Sigma-Aldrich (США) - ацетилхолинэстеразы (АХЭ, Е.С. 3.1.1.7) эритроцитов человека (500 Ед/мг, C0663), бутирилхолинэстеразы (БХЭ, Е.С. 3.1.18) сыворотки крови лошади (500 Ед/мг, (C4290)), карбоксилэстеразы (КЭ, E.C. 3.1.1.1.) печени свиньи (150 Ед/мг, (E2884)); и стабильного лиофилизованного препарата НТЭ мозга кур (ЛиоНТЭ), полученного по методике, разработанной в нашей лаборатории и детально описанной в работах [457, 458]. ЛиоНТЭ - это мембранная (Р2 + Р3) фракция гомогената головного мозга кур, предварительно обработанная параоксоном (40 мкМ, 40 мин), которая представляет собой параоксон-резистентную эстеразную активность мозга.
Для кинетических исследований использовали 3-4 концентрации ингибитора (~ 0.5Ч IC50, М; 1ЧIC50, М и 2ЧIC50, М) и для каждой концентрации 4-5 различных интервалов времени инкубации. Ферменты инкубировали с исследуемыми соединениями в соответствующем рабочем буфере в условиях [I]0>>[E]0 при 25°C для АХЭ, БХЭ, КЭ и при 37°C для НТЭ. Конечная концентрация растворителя (ацетон) составляла не более 1% об/об. В отдельных экспериментах нами было показано, что в данной концентрации ацетон не оказывает значимого влияния на активность ферментов. Запасные растворы ингибиторов готовили непосредственно перед проведением экспериментов. Контрольные пробы содержали соответствующий объем растворителя без ингибитора.
Остаточную активность АХЭ и БХЭ определяли методом Эллмана [459] с 1 мM ацетилтиохолином (АТХ) и 1 мM бутирилтиохолином (БТХ) в качестве субстратов, соответственно, в 0.1 M K-Na-фосфатном буфере pH 7.5 при 25oC, л=412 нм, (?412 = 14150 M-1 cm-1) в присутствии 0.33 мМ ДТНБ.
Активность КЭ определяли с использованием 1 мM 4-NPA в качестве субстрата в 0.1 M K-Na-фосфатном буфере pH 8.0 при 25o, л=405 нм (?405 = 13300 M-1cm-1).
Активность НТЭ определяли как разность между параоксон-резистентной (ЛиоНТЭ) и (параоксон+мипафокс)-резистентной (ЛиоНТЭ + мипафокс 250 мкМ, 20 мин) эстеразной активностью в соответствии с дифференциальным методом Johnson M.K. (1977) [250]. Реакцию проводили в 50 мМ трис-HCl буфере рН 8.0 с 0.2 мМ ЭДТА при 37°C, субстрат - 1.4 мМ фенилвалерат. Выделяющийся в результате реакции фенол определяли при л = 510 нм (?510 = 13900 M-1 min-1). Измерения проводили на микропланшетном спектрофотометре
Bio-Rad Benchmark Plus (France) в 96-и луночных планшетах.
Исследование кинетики ингибирования АХЭ, БХЭ и КЭ
Контрольная проба без ингибитора содержала 10 мкл 5% раствора ацетона в соответствующем рабочем буфере и 40 мкл раствора фермента в буфере.
Опытная проба содержала 10 мкл раствора ингибитора определенной концентрации и 40 мкл раствора соответствующего фермента. Реакцию ингибирования начинали внесением фермента. Реакционную смесь инкубировали при 25°C в течение 1, 2, 4, 6 мин для максимальной концентрации ингибитора; в течение 2, 4, 6, 8 мин для средней концентрации и в течение 3, 6, 9, 12 мин для минимальной концентрации ингибитора. Реакцию ингибирования АХЭ и БХЭ останавливали внесением 1.25 мМ раствора субстрата (АТХ и БТХ соответственно) в рабочем буфере, содержащем 0.33 мМ ДТНБ (общий объем вносимого раствора 200 мкл). Реакцию ингибирования КЭ останавливали внесением 1.25 мМ раствора субстрата (4-NPA) в 200 мкл рабочего буфера. Суммарный объем реакционной смеси составлял 250 мкл.
Исследование кинетики ингибирования НТЭ
Перед экспериментом лиофилизованный препарат НТЭ, хранящийся в стеклянных запаянных ампулах при -70oC, ресуспендировали в гомогенизаторе Поттера (тефлон : стекло) в 5 мл рабочего буфера. Определение активности проводили через 0.5-1 ч, концентрация белка в препарате составляла 0.1-0.14 мг/мл (Bradford M.M., 1976). Субстрат фенилвалерат готовили непосредственно перед проведением эксперимента: запасной раствор фенилвалерата в этаноле 15 мг/мл (84 мМ) разбавляли в 30 раз 0.03% водным раствором Тритона Х-100, тщательно перемешивая для получения эмульсии, и получали рабочую концентрацию фенилвалерата - 2.8 мМ. Запасной раствор мипафокса (12.5 мМ) готовили в 50 мМ Трис-цитратном буфере, рН 6.0.
Исходную активность препарата ЛиоНТЭ (V0) определяли как разницу между РО-резистентной фенилвалерат-гидролизирующей активностью (VPO) - проба 1 (0.855 мл рабочего буфера, 0.02 мл растворителя (ацетон) и 0.125 мл препарата ЛиоНТЭ, объем смеси 1 мл) и (РО+МХ)-резистентной активностью (VPO+MX) - проба 2 (0.835 мл рабочего буфера, 0.02 мл растворителя, 0.02 мл 12.5 мМ раствора МХ (250 мкМ конечная концентрация), 0.125 мл препарата ЛиоНТЭ, объем смеси 1 мл). Добавлять PO в пробы не требуется, поскольку при получении препарата ЛиоНТЭ (P2+P3) фракция гомогената мозга уже была обработана PO. Инкубацию с МХ начинали внесением 0.125 мл препарата ЛиоНТЭ. Время инкубации - 20 мин при 370C. Реакцию ингибирования останавливали внесением избытка субстрата - эмульсии фенилвалерата (1 мл 2.8 мМ, конечная концентрация 1.4 мМ). Через 20 мин реакцию гидролиза субстрата останавливали внесением 1 мл раствора: 1% (в/об) SDS + 0.025% (в/об) 4-AAP. Через 5 минут добавляли 0.5 мл 0.4 % (в/об) водного раствора K3[Fe(CN)6], в результате чего развивается окраска, интенсивность которой детектировали на микропланшетном спектрофотометре Bio-Rad Benchmark Plus при длине волны 510 нм. Все измерения проводили в трипликате. Разница между значениями оптической плотности пробы 1 и пробы 2 соответствует активности НТЭ (V0 = VPO - VPO+MX). Активность препарата ЛиоНТЭ составляла 45 ± 5 нмоль/(минЧмг белка).
Ингибирование ЛиоНТЭ исследуемыми ФОС проводили в аналогичных условиях, но вместо растворителя в пробу 1 вносили 0.02 мл раствора ингибитора соответствующей концентрации. Реакцию ингибирования начинали внесением 0.125 мл препарата ЛиоНТЭ и останавливали внесением избытка субстрата через выбранные промежутки времени для каждой концентрации ингибитора. Для максимальной концентрации ингибиторов время инкубации с препаратом ЛиоНТЭ составляло 5, 10, 15, 20 мин; для средней концентрации - 5, 10, 20, 30 мин и для минимальной концентрации ингибиторов - 10, 20, 30, 40 мин.
Величины бимолекулярных констант ингибирования эстераз исследуемыми
ФОС (ki, М-1мин-1) определяли в соответствии с классической работой В случае, если кинетика ингибирования фермента описывалась схемой полулогарифмических координатах lg(V0/Vt) = f(t) (Рис. 2.2. - 1), соответствующий константе скорости псевдопервого порядка k? = 2.303Чtgб, пропорционален концентрации ингибитора. В этом случае бимолекулярную константу ингибирования (ki, М-1 мин-1) определяли в соответствии с уравнением ki = 2.3Чlg(V0/Vt)/([I]Чt). В результате анализа графических зависимостей, построенных в полулогарифмических координатах по уравнению: lg(V0/Vt) = (ki Ч[I]/2.3) Ч t (Рис. 2.2. - 1), определяли константу скорости псевдопервого порядка для каждой концентрации ингибитора (M-1)
При данной схеме ингибирования не наблюдается пропорциональности в зависимости константы скорости псевдопервого порядка (k? = 2.303 Ч tgб) от концентрации ингибитора. Построение зависимостей в координатах [I]/2.3tgб = f[I] позволяло получить линейную зависимость (Рис. 2.2.- 4) в соответствии с уравнением [I]/k? = Ka/k+2 + [I]/k+2, из которого определяли индивидуальные кинетические параметры процесса - константу Михаэлиса (Ka, M) и константу фосфорилирования (k+2, мин-1).
Анализ данных и вычисление кинетических констант (ki, M-1мин-1) проводили с использованием программы количественного анализа связи структура-ингибиторная активность и структура-ингибиторная селективность (QSAR) с построением моделей Хэнча [460]. Cвязь между структурой и антиферментативной активностью/селективностью соединений анализировали методом множественной линейной регрессии с использованием функции Регрессия программы Excel MSWin XP. Мы исп ользовали модели «гидрофобность - ингибиторная активность» типа Хэнча с включением в них стерических факторов. В качестве физико-химических дескрипторов использовали константы гидрофобности Хэнча (рCH2 = 0.5) и стерические константы заместителей Чартона ( Evs ) для алкильных У Evs (R) и алкоксильных У Evs (RO) заместителей [460]. Значимость полученных корреляционных уравнений оценивали по величине r - коэффициента множественной корреляции, s - стандартного отклонения, F - секвенциального критерия Фишера и Р - уровня значимости критерия Фишера.
Для каждого фермента были построены следующие модели Хэнча [460] структура-ингибиторная активность и структура- ингибиторная селективность, из которых выбирались наилучшие уравнения в соответствии с их статистическими показателями.
lg (активность или селективность) = A + B?р
lg (активность или селективность) = A + B?р + DУ Evs (RO) lg (активность или селективность) = A + B?р + KУ Evs (R) lg (активность или селективность) = A + B?р + C(Ур)2
lg (активность или селективность) = A + B?р + C(Ур)2 + DУ Evs (RO) lg (активность или селективность) = A + B?р + C(Ур)2 + KУ Evs (R)
2.3 Приготовление препаратов тканей (мозга и крови)
Кровь и мозг мышей получали от самцов белых аутбредных мышей линии CD1 весом 20-25 г в возрасте 1.5 - 2 месяцев (Пущино, Россия), кровь крыс получали от самцов крыс популяции Wistar весом 160-180 г в возрасте 1.5 месяцев (Пущино, Россия), мозг кур получали от взрослых белых кур породы Леггорн весом 1.5-2 кг в возрасте 18 месяцев (Ногинская птицефабрика, Россия). Содержание животных и все манипуляции осуществляли в соответствии с требованиями комиссии ИФАВ РАН по биоэтике и «Правилами лабораторной практики» (Приказ Минздравсоцразвития России от 23 августа 2010г. № 708н). Животных умерщвляли декапитацией в условиях CO2-анестезии.
Получение 9S фракции гомогената головного мозга мышей и кур.
Головной мозг мышей и кур после декапитации быстро выделяли на холоду, промывали раствором 0.9% (в/об) NaCl, осушали, взвешивали, замораживали в жидком азоте и хранили при -70oC. Перед проведением измерений мозг медленно размораживали на льду, гомогенизировали в гомогенизаторе Поттера (тефлон - стекло) при t = 40C в рабочем буфере (50 мМ трис-HCl, 0.2 мМ ЭДТА, pH 8.0) в соотношении 1г ткани: 5мл буфера. Гомогенат центрифугировали на центрифуге К-24 (Германия) при 4оС в течение 15 мин при 9000Чg. Полученный супернатант 9S аликвотировали в пластиковые пробирки Eppendorf, замораживали в жидком азоте и хранили при -70oC до проведения измерений. Концентрация белка в гомогенатах мозга мыши составляла 5.9 -7.6 мг/мл (N=20), в 9S гомогенатах мозга кур 6.9 - 7.2 мг/мл (N=8).
Кровь мышей и крыс после декапитации собирали в стеклянные стаканчики, которые предварительно ополаскивали 3.8% (в/об) цитратом натрия. Сбор крови крыс проводили в стеклянные стаканчики, содержащие 3.8% цитрата натрия в соотношении 0.2 мл антикоагулянта на 1 мл крови. Для сбора крови мышей в качестве антикоагулянта добавляли гепарин (20 мкл раствора 500 E/мл). Затем кровь аликвотировали в пластиковые пробирки Eppendorf, замораживали в жидком азоте и хранили при -70oC до проведения измерений.
Образцы цельной крови человека получали от 9 здоровых добровольцев (женщины в возрасте 30-55 лет), не подвергавшихся воздействию антихолинэстеразных веществ. Забор крови проводили в условиях медицинского стационара с помощью вакуумной системы «Вакуэт» в пробирки с антикоагулянтом (цитрат натрия 3.8% в/об, при соотношении 0.2 мл антикоагулянта на 1 мл крови). Затем кровь аликвотировали, замораживали в жидком азоте и хранили при -70oC до проведения измерений.
Плазму крови получали центрифугированием свежих образцов крови при 2500Чg в течение 15 минут на центрифуге Eppendorf 5702, аликвотировали в пластиковые пробирки, замораживали в жидком азоте и хранили при -70oC до проведения измерений.
Приготовление препаратов гемолизованной крови. Замороженную и хранящуюся при -70єC кровь оттаивали на водяной бане со льдом. Затем готовили 1:100 гемолизаты путем разбавления 1 объема крови в 100 объемах охлажденного на водяной бане со льдом соответствующего буфера: 0.1 М K-Na-фосфатный буфер pH 7.5 для АХЭ и БХЭ; 0.1 М K-Na-фосфатный буфер pH 8.0, содержащий 2 мМ ЭДТА для КЭ и 0,1 М трис -HCl буфер pH 8.0, содержащий 1 мМ CaCl2 для PON1. После тщательного перемешивания на холоду в течение 2 минут гемолизованную кровь аликвотировали в пластиковые пробирки Falcon, немедленно замораживали в жидком азоте для обеспечения полноты гемолиза и хранили при -20єC до проведения исследований. Перед началом анализа образцы медленно оттаивали на водяной бане со льдом. Концентрация белка в препаратах цельной крови мышей составляла 11.3-18.7 мг/мл (N=24).
Определение концентрации белка в препаратах тканей проводили по методу Брэдфорда с использованием сывороточного альбумина в качестве стандарта [461].
Перед определением активностей исследуемых ферментов в тканях мы исследовали зависимость скорости гидролиза соответствующих субстратов от количества плазмы, крови и 9S гомогената мозга в реакционной смеси. Из линейных участков зависимостей были выбраны объемы плазмы, крови и 9S гомогената мозга с достаточной скоростью гидролиза для стандартного определения активности ферментов.
В качестве примера на Рисунке 2.2.-5 приведены зависимости скорости гидролиза АТХ от количества крови мыши и БТХ от количества 9S фракции
Аналогичным образом были подобраны количества крови и плазмы человека, мыши и крысы, а также количества 9S фракции гомогената мозга мышей и кур для определения активности всех исследуемых ферментов в стандартных условиях.
2.4 Определение активности эстераз в препаратах мозга и крови
Спектрофотометрические измерения активности эстераз и PON1 в препаратах тканей проводили на спектрофотометре Gilford-250 (England) в кюветах объемом 3 мл и длиной пути луча 1 см при 25oC. Для всех полученных данных вносилась поправка на спонтанный гидролиз субстрата.
Определение активности АХЭ и БХЭ проводили колориметрическим методом Эллмана [459] с использованием 1 мM ацетилтиохолина (АТХ) и 1 мM бутирилтиохолина (БТХ) в качестве субстратов, соответственно, в 0.1 M K-Na-фосфатном буфере pH 7.5 при 25oC в присутс твии 0.33 мМ ДТНБ. При определении активности АХЭ в крови использовали специфический ингибитор БХЭ - 0.02 мM этопропазин (10 минутная преинкубация) [128, 135, 462]. Для снижения интерферирующего влияния абсорбции гемоглобина при 412 нм (е412 = 14150 M-1 Ч cm-1), длина волны анализа в обоих случаях была изменена на 436 нм (е436=10600 M-1cm-1) [462]. Количество гемолизованной крови, взятой для анализа, составляло 0.8 - 1 мл.
Определение активности АХЭ и БХЭ в плазме крови и гомогенате мозга проводилось при стандартной длине волны 412 нм и соблюдении вышеописанных условий. Количество плазмы крови человека, взятой для анализа составляло 60 и 10 мкл, плазмы крысы - 15 и 40 мкл, 9S фракции гомогената мозга мыши - 20 и 75 мкл для АХЭ и БХЭ соответственно, и 20 мкл препарата 9S фракции гомогената мозга кур, предварительно разбавленного в соотношении 1:3 рабочим буфером. Реакцию гидролиза начинали внесением субстрата: 40 мкл 75 мМ водного раствора АТХ или БТХ соответственно. Объем рабочего буфера для каждой реакции рассчитывали, исходя из суммарного объема реакционной смеси - 3 мл.
Измерение активности КЭ в цельной крови, плазме и препаратах мозга проводили с 1 мM 1-NA в качестве стандартного субстрата в 0.1 M K-Na-фосфатном буфере, pH 8.0 при 25oC. Измерения проводились при длине волны 322 нм (е322=2200 M-1cm-1) [171, 173, 463-465]. Для элиминирования PON1 и холинэстеразного гидролиза субстрата перед внесением субстрата реакционную смесь инкубировали в течение 10 мин со специфическими ингибиторами PON1/арилэстераз (2 мM ЭДТА) и холинэстераз (40 µM эзерин) [466]. Количество гемолизованной крови, взятой для анализа, составляло для человека и крысы 1 мл, для мыши 0.8 мл; количество плазмы крысы 15 мкл, плазмы человека 50 мкл; количество 9S гомогената мозга мышей - 60 мкл. Реакцию начинали внесением субстрата 60 мкл 50 мМ раствора 1-NA. Объем рабочего буфера рассчитывался исходя из суммарного объема реакционной смеси равного 3 мл.
Арилэстеразная активность PON1 в крови и плазме оценивалась по скорости гидролиза 4мМ PhA по накоплению фенола при длине волны 270 нм (е270=1310M-1cm-1) в соответствии с методом KitchenB.I.
Гидролитическая активность определялась спектрофотометрически при 25oC в 0,1 М трис-HCl буфере pH 8,0 в присутствии 1 мМ CaCl2 и специфического ингибитора холинэстераз - эзерина (40 µM, 10-минутная преинкубация) [466]. Количество гемолизованной крови, взятой для анализа, составляло 0.4 - 0.5 мл, количество плазмы - 10 мкл, реакцию начинали внесением субстрата - 300 мкл 40 мМ раствора PhA. Суммарный объем реакционной смеси - 3 мл.
Параоксоназную активность PON1 в плазме человека и крысы оценивали по гидролизу PO (по накоплению 4-нитрофенола) в соответствии с методом Furlong C.E. [468], измерения проводили при длине волны 405 нм (е405=18050 M-1cm-1) [469]. Для анализа брали 50 мкл плазмы человека и 10 мкл плазмы крысы. Реакцию начинали внесением субстрата - 30 мкл 120 мМ запасного раствора PO в ацетоне (конечная концентрация 1.2 мМ). Суммарный объем реакционной смеси - 3 мл.
Концентрации и объемы реагентов реакционной смеси для проведения измерений активности ферментов суммированы в Таблице 2.2.-1. Измерения проводились в трипликате, результаты представляли в виде mean ± SEM, которые были рассчитаны с использованием программы GraphPad Prism 3.02 (GraphPad Software, San Diego, CA).
Таблица 2.2. - 1. Реагенты для спектрофотометрического определения активности АХЭ, БХЭ, КЭ и PON1 в кюветах объемом 3 мл.
Конечная |
Объем |
|||
Реагент |
Запасной раствор |
концентрация в |
запасного |
|
реакционной |
раствора, мкл |
|||
смеси |
||||
АТХ |
75 мM |
1 мM |
40 мкл |
|
(водный раствор) |
||||
БТХ |
75 мM |
1 мM |
40 мкл |
|
(водный раствор) |
||||
ДТНБ |
10 мM |
0.33 мM |
100 мкл |
|
(в 0.1 М Na - ФБ рН |
||||
7.0 + 25 мМ NaHCO3) |
||||
Этопропазин |
3 мM (в 12 мM HCl) |
0.02 мM |
20 мкл |
|
Эзерин |
5.6 мM |
40 мкM |
21 мкл |
|
(водный раствор) |
||||
ЭДТА (рН 8.0) |
100 мM |
2 мM |
60 мкл |
|
(водный раствор) |
||||
PhA |
40 мM |
4 мM |
300 мкл |
|
для PON1 |
(1 часть 400 мM р-ра |
|||
PhA в этаноле + 9 |
||||
частей 0.03% в/об |
||||
водного раствора |
||||
тритона X100) |
||||
1-NA |
50 мM (в этаноле) |
1мM |
60 мкл |
|
CaCl2 |
100 мM |
1мM |
30 мкл |
|
(водный раствор) |
||||
PO |
120 мМ (в ацетоне) |
1.2 мМ |
30 мкл |
Активность НТЭ в 9S фракции гомогената мозга мышей и кур определяли дифференциальным методом Джонсона [250] с небольшими модификациями [470] как разность в скорости гидролиза фенилвалерата между образцами, инкубированными в течение 20 мин с 50 мкМ PO (PO-резистентная эстеразная активность) и 50 мкМ PO и 250 мкМ MX (параоксон+мипафокс) - резистентная эстеразная активность, как описано в работе [299].
Раствор фенилвалерата и запасные растворы ингибиторов готовили, как описано выше для препарата ЛиоНТЭ. Запасной раствор PO (2.5 мМ) готовили в ацетоне в день проведения измерений.
Для определения РО-резистентной активности мозга мыши готовили пробу 1: 0.44 мл 50 мМ трис-HCl, 0.2 мМ ЭДТА, рН 8.0 рабочего буфера (рН 8.0), 0.01 мл РО (50 мкМ конечная концентрация PO в пробе), реакцию ингибирования параоксоном начинали внесением 0.05 мл препарата 9S фракции гомогената мозга (0.25 - 0.30 мг белка в пробе). Общий объем пробы 0.5 мл.
Для определения (РО + МХ) - резистентной активности мозга мыши готовили пробу 2: 0.43 мл 50 мМ трис-HCl, 0.2 мМ ЭДТА, рН 8.0, 0.01мл 12.5 мМ раствора МХ в 50 мМ трис-цитратном буфере, рН 6.0 (250 мкМ конечная концентрация MX в пробе), 0.01мл 2.5 мМ раствора РО в ацетоне (50 мкМ конечная концентрация PO в пробе). Реакцию ингибирования начинали внесением 0.05 мл 9S фракции гомогената мозга. Общий объем пробы 0.5 мл. Инкубацию проводили в течение 20 мин при 370. Ингибирование останавливали внесением избытка субстрата - 0.5 мл эмульсии фенилвалерата. Через 20 минут реакцию гидролиза субстрата останавливали внесением 0.5 мл раствора SDS [1% (в/об)] + 4-AAP [0.025% (в/об)]. Через 5 минут добавляли 0.25 мл 0.4 % (в/об) водного раствора K3[Fe(CN)6], в результате чего развивалась окраска. Интенсивность окрашивания детектировали на микропланшетном спектрофотометре Bio-Rad Benchmark Plus при длине волны 510 нм. Все измерения проводили в трипликате. Разница между значениями оптической плотности пробы 1 и пробы 2 соответствует активности НТЭ.
ЭлектрохимическоеопределениеактивностиНТЭвкрови.
Активность НТЭ в крови определяли дифференциальным методом согласно Johnson M.K. [250] с электрохимической детекцией на потенциостатической системе IPC-2000 (Институт физической химии РАН, Москва, Россия) [316]. Работа проводилась на базе химического факультета МГУ в лаборатории Постгеномной химии кафедры химической энзимологии.
Для измерения активности НТЭ в крови каждый образец крови (гемолизат 1:100 в 50 мМ Трис-HCl, 0.2 мМ ЭДТА, рН 8.0 рабочем буфере) в количестве 0.3 мл инкубировали при 37oC с 50 мкM РО в течение 20 мин - проба 1, и, параллельно, с 50 мкM РО + 250 мкM МХ также в течение 20 мин - проба 2. Реакцию начинали добавлением гемолизата крови. Суммарный объем инкубационной смеси составлял 0.4 мл. Реакцию останавливали добавлением субстрата - 100 мкл эмульсии фенилвалерата (приготовленной как описано выше для препарата ЛиоНТЭ, конечная концентрация в пробе 0.56 мM) и инкубацию продолжали в течение 40 мин при 37oC. Гидролиз субстрата останавливали добавлением 50 мкл 1 % (в/об) водного раствора SDS. Cуммарный объем пробы составлял 550 мкл.
Амперометричесое измерение фенола проводили в 1-мл двухэлектродной ячейке с перемешиванием после 50-кратного разбавления образцов в ячейке прибора 50 мM Na-фосфатным буфером, содержащим 100 мM NaCl (pH 7.0). В качестве рабочего электрода использовали планарный тирозиназный LBL биосенсор. Электрод подсоединяли к проточной электрохимической ячейке, снабженной комбинированным Pt-Ag/AgCl электродом. Все измерения проводили при -150 мВ относительно Ag/AgCl референсного электрода при помощи управляемого компьютером потенциостат-гальваностата IPC-2000 (ИФХ РАН). Каждое измерение проводили в двух повторах. Сенсор калибровали по отклику на фенол (10-6 M) в том же рабочем буфере. Аналитический сигнал сенсора определяли как разность величин стационарного тока до и после добавления пробы. Активности НТЭ рассчитывали, используя калибровочные зависимости по фенолу, полученные в тех же условиях, и вводили поправку на спонтанный гидролиз субстрата, измеренный в отдельных экспериментах. Активность НТЭ рассчитывали как разность фенилвалерат-гидролизующей активности в пробах 1 и 2.
2.5 Определение величин IC50 для ингибирования АХЭ, БХЭ, КЭ и НТЭ исследуемыми соединениями в препаратах мозга и крови
Величинны IC50 (М) (концентрация соединения, необходимая для снижения активности фермента на 50 %) для ингибирования АХЭ, БХЭ, НТЭ и КЭ исследуемыми соединениями в крови и мозге мышей определяли при 20 минутах инкубации препарата ткани в соответствующем буфере с исследуемыми соединениями в диапазоне концентраций от 10-11 до 10-3 М. Использовали пулированные образцы крови и препаратов 9S фракции гомогената мозга. Соединения растворяли в ацетоне, конечная концентрация которого в реакционной смеси составляла не более 1% об/об. Объем реакционной смеси составлял 3 мл, контрольные пробы содержали соответствующий объем растворителя без ингибитора. Определение IC50 проводили в условиях, аналогичных для определения активности ферментов в крови и в 9S препаратах гомогената мозга (Глава 2.5).
Реакции ингибирования АХЭ, БХЭ и КЭ начинали внесением 0.03 мл раствора исследуемого ингибитора в ацетоне, инкубировали 20 мин. и останавливали реакцию внесением раствора соответствующего субстрата. Затем определяли остаточную активность ферментов в препаратах крови и мозга в соответствии с методами, описанными выше. Измерения проводили на на спектрофотометре Gilford-250 (England). Каждое измерение проводили в трипликате.
Для исследования ингибирования НТЭ в препаратах мозга использовали 50 мкл 9S фракции гомогената мозга, после первой 20-и минутной преинкубации с PO вносили исследуемые ингибиторы в объеме 20 мкл. Через 20 минут реакцию ингибирования останавливали внесением избытка субстрата. Контрольные пробы содержали 20 мкл ацетона без ингибитора. Объемеакционной смеси составлял 1 мл. Измерение остаточной активности НТЭ в препаратах мозга проводили спектрофотометрически в условиях аналогичных для определения активности НТЭ в 9S фракции гомогената мозга (Глав 2.5).
Для ингибирования НТЭ в крови исследуемые ФОС (в диапазоне концентраций 10-11 до 10-3 М) вносили в реакционную смесь после первой 20-и минутной преинкубации с PO в объеме 5 мкл, через 20 минут реакцию ингибирования останавливали внесением субстрата. Контрольные пробы содержали 5 мкл ацетона без ингибитора. Остаточную активность НТЭ в крови определяли амперометрическим методом при 37oC, как описано выше.
Величины IC50 определяли из анализа зависимости остаточной активности фермента (Vi/V0Ч100%, где V0 - активность фермента в отсутствие ингибитора, Vi - остаточная активность фермента при данной концентрации ингибитора) от концентрации ингибитора. Вычисление величин IC50 проводили использованием программы Origin 6.1 (OriginLab Corp., Northampton, MA).
2.6 Эксперименты на животных
В экспериментах использовали самцов белых аутбредных мышей линии CD1 весом 20-25 г в возрасте 1.5 - 2 месяцев (Пущино, Россия).
Все эксперименты с животными осуществлялись в соответствии с требованиями комиссии ИФАВ РАН по биоэтике и «Правилам лабораторной практики» (Приказ Минздравсоцразвития России от 23 августа 2010г. № 708н). При исследовании дозозависимого ингибирования АХЭ, БХЭ, КЭ и НТЭ крови и мозге мышей исследуемые соединения растворяли в DMSO и вводили животным однократно внутрибрюшинно (в/бр) в 5-10 возрастающих дозах в объеме около 0.1 мл. diPr-DClVP вводили на фоне предварительного (за 20 мин) введения атропина-сульфата (20 мг/кг). Для каждой дозы использовали не менее 6 животных.
Контрольные животные получали только DMSO или DMSO + атропин-сульфат в случае diPr-DClVP. Предварительные эксперименты показали, что при в/бр введении максимальное ингибирование эстераз крови достигается через 0.5-1 час после введения. Основываясь на этих данных, мышей умерщвляли через 1 час после введения исследуемых соединения (декапитация в условиях CO2-анестезии). Забор крови и мозга у мышей проводили, как описано выше в Главе 2.4.
Определение острой токсичности соединений было выполнено на самцах белых аутбредных мышей весом 20-25 г при в/бр введении: 5-7 доз для каждого соединения, 6-8 животных для каждой дозы. Срок наблюдения - 24 часа. Величины LD50 вычисляли методом пробит-анализа с использованием программы BioStat 2006 Professional (AnalystSoft, Alexandria, VA).
Статистическая обработка и анализ результатов проводились с использованием программы GraphPad Prism 3.02 (GraphPad Software, San Diego, CA). Результаты представлены как means ± SEM. Графики зависимостей, регрессионный анализ, корреляции получены с помощью программы Origin 6.1 (OriginLab Corp., Northampton, MA).
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Как было отмечено во Введении, эстеразный профиль соединения - это набор кинетических констант, описывающих его ингибиторную активность в отношении эстераз различной функциональной значимости: АХЭ, НТЭ, БХЭ и КЭ. Ранее в нашей лаборатории были определены кинетические константы ингибирования для большого массива ФОС различных структурных классов, проанализированы закономерности структура-ингибиторная активность и структура-ингибиторная селективность с использованием методов QSAR [63, 64, 455, 471-473] и предложена новая методология прогнозирования терапевтических и токсических эффектов ингибиторов холинэстераз посредством анализа их эстеразного профиля. Настоящая работа является продолжением и развитием исследований в данном направлении.
...Подобные документы
Механизм образования активных форм регуляторных пептидов. Метод определения активности ангиотензинпревращающего фермента. Исследование активности карбоксипептидазы N в сыворотке крови онкологических больных при химиотерапевтическом воздействии.
дипломная работа [74,0 K], добавлен 25.06.2009Ферменты обмена регуляторных пептидов. Методы определения концентрации вещества P, активности КПN, активности ангиотензинпревращающего фермента и лейцинаминопептидазы. Роль регуляторных пептидов в сыворотке крови спортсменов при физической работе.
дипломная работа [143,7 K], добавлен 25.06.2009Исследование структурных особенностей простых липидов. Характеристика строительной, теплоизолирующей и энергетической функций липидов. Описания восков, соединений, образованных высшими карбоновыми кислотами и высокомолекулярными одноатомными спиртами.
презентация [905,6 K], добавлен 31.05.2015Диагностическое значение исследования активности изоферментов креатинфосфокиназы. Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда. Роль креатинфосфокиназы в метаболизме мышечной ткани. Влияние алкогольной интоксикации и процессов старения.
курсовая работа [485,5 K], добавлен 15.05.2009Ознакомление с принципами организации деятельности двигательных систем мозга. Исследование роли спинного мозга, мозжечка, таламуса, базальных ганглий и коры больших полушарий в регуляции фазной (динамической) и позной (статической) активности мышц.
реферат [29,7 K], добавлен 10.07.2011Общая характеристика и основные этапы обмена липидов, особенности процесса переваривания. Порядок всасывания продуктов переваривания липидов. Исследование различных органов и систем в данном процессе: стенок и жировой ткани кишечника, легких и печени.
презентация [4,5 M], добавлен 31.01.2014Растительные и животные жиры как основные источники липидов для человека. Технологический процесс получения микробных липидов. Использование микробиологического способа производства липидов. Применение микробных липидов в пищевых производствах.
реферат [137,7 K], добавлен 18.06.2013Биологическая роль липидов. Структура Триацилглицеролов (нейтральных жиров) – сложных эфиров глицерола и жирных кислот. Структурные компоненты мембран клеток нервной ткани и мозга. Переваривание и всасывание липидов. Кетогенез (обмен жирных кислот).
презентация [411,8 K], добавлен 06.12.2016Роль стромы и микроокружения кроветворных органов в образовании и развитии клеток крови. Теории кроветворения, постоянство состава клеток крови и костного мозга. Морфологическая и функциональная характеристика клеток различных классов схемы кроветворения.
реферат [1,1 M], добавлен 07.05.2012Влияние импульсной активности на строение коры. Изучение синхронизованной спонтанной активности при отсутствии стимуляции во время развития. Роль трофических веществ в поддержании нейронных связей. Слуховой и зрительный опыт у новорожденных амбарных сов.
научная работа [1,1 M], добавлен 06.11.2009Аминокислоты – это класс органических соединений, содержащих одновременно карбоксильные и аминогруппы. Свойства аминокисллот. Роль в структуре и свойствах белков. Роль в метаболизме (заменимая незаменимая).
реферат [7,4 K], добавлен 17.10.2004Циклы солнечной активности. Влияние Солнца на Землю: энергия солнечного света; межпланетные магнитные поля; бомбардировка энергичными частицами. Земные проявления солнечной активности; гелиобиология; изменения климата. Активность солнца и здоровье людей.
реферат [29,5 K], добавлен 22.12.2013Изучение видового состава рыб в уловах Старомайнского залива мелкоячеистой сетью. Определение годовой динамики встречаемости рыб в уловах. Сравнительный анализ уловов на различных участках водоемов. Исследование суточной активности фоновых видов рыб.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 01.08.2015Влияние процессов, происходящих на Солнце, на синхронизацию хода всемирной истории. Доказательства синхронности колебаний солнечной активности и всемирно-исторических процессов, полученные А.Л. Чижевским. Влияние солнечной активности на поведения людей.
доклад [18,9 K], добавлен 16.04.2014Свойства возбудимых тканей. Рефлекторные функции продолговатого мозга. Функции ядер гипоталамуса и сенсорных систем. Стадии свертывания крови. Фазы работы сердца. Свойства желез внутренней секреции. Функции промежуточного мозга, осуществляющие их отделы.
реферат [47,0 K], добавлен 18.05.2015Синтез флавоноидов в растениях. Биологическая активность флавоноидов и их классификация. Определение антиоксидантной активности ДГК методом люминол-зависимой хемилюминесценции. Изучение перекисного окисления липидов в присутствии дигидрокверцетина.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 25.06.2009Строение поперечно-полосатой мышечной ткани. Исследование особенностей развития мышц. Энергообеспечение мышечного сокращения. Подготовка к сдаче анализов крови. Специфические изменения в метаболизме спортсменов в ответ на стандартную физическую нагрузку.
презентация [7,5 M], добавлен 27.03.2016Этиология и патогенез ишемии мозга. Свободно-радикальное окисление и антиоксидантная защита при патологии головного мозга. Процессы свободно-радикального окисления липидов в развитии и течении острых нарушений мозгового кровообращения. Модели ишемии.
дипломная работа [243,8 K], добавлен 15.12.2008Общая характеристика и роль макроэргических соединений в обмене веществ. Специфика белков мышечной ткани, их строение и функции. Аэробная работоспособность, ее биохимические факторы. Норма сахара в крови, изменение уровня глюкозы в крови при работе.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 08.07.2011Строение и биологическая роль липидов (жиров). Роль витаминов для организма и причины гиповитаминозов. Биохимические сдвиги в крови и в моче при мышечной работе. Биохимические основы питания и особенности питания спортсменов-силовиков, атлетов и бегунов.
реферат [38,2 K], добавлен 20.06.2012