Адаптивные реакции фибробластов легких эмбриона человека на производное фуллерена, модифицированного остатками 3-бензотиенилаланина
https://doi.org/10.25557/2073-7998.2024.01.3-18
Аннотация
Исследовано влияние производного фуллерена с пятью присоединенными остатками 3-бензотиенилаланина и одним атомом водорода (Ф1) на функционирование фибробластов легких эмбриона человека (ФЛЭЧ). Показали, что Ф1 в течение 24 часов проникает в цитоплазму большинства клеток в популяции. Для исследования воздействия Ф1 на ФЛЭЧ выбраны две концентрации: 18,3 нг/мл, входящая в диапазон нетоксичных концентраций, и концентрация, близкая к повреждающей – 28 µг/мл, и три времени инкубации клеток с соединениями – 1, 3 и 24 часа. Обнаружили, что через 24 часа в присутствии низких концентраций Ф1 снижается уровень активных форм кислорода (АФК) в клетках, что обусловлено повышением экспрессии гена NRF2 и увеличением его функциональной активности. Соединение Ф1 в концентрации, близкой к токсичной, вызывает в культивируемых ФЛЭЧ повышение уровня экспрессии гена и белка NOX4, что приводит к синтезу АФК в клетках, к окислительным модификациям и двунитевым разрывам ДНК ядер клеток через 24 часа инкубации. Не обнаружено влияния Ф1 на уровень экспрессии гена и белка BRCA1 что, вероятно, способствует образованию в клетках и поддержанию на высоком уровне двунитевых разрывов ДНК через 24 часа инкубации. Повышение экспрессии антиапоптотических генов в ФЛЭЧ через 24 часа культивирования с Ф1 может способствовать выживанию клеток с поврежденной ДНК.
Ключевые слова
Об авторах
С. В. КостюкРоссия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
Е. М. Малиновская
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
Е. С. Ершова
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
Л. В. Каменева
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
Е. А. Савинова
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
С. Э. Костюк
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
Т. А. Салимова
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
А. В. Жиленков
Россия
142432
пр. акад. Семенова, д. 1
Черноголовка
О. А. Краевая
Россия
142432
пр. акад. Семенова, д. 1
Черноголовка
П. А. Трошин
Россия
142432
пр. акад. Семенова, д. 1
Черноголовка
В. Л. Ижевская
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
С. И. Куцев
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
Н. Н. Вейко
Россия
115522
ул. Москворечье, д. 1
Москва
Список литературы
1. Sridharan R., Monisha B., Kumar P.S., Gayathri K.V. Carbon nanomaterials and its applications in pharmaceuticals : A brief review. Chemosphere. 2022;294:133731.
2. Xu P.Y., Li X.Q., Chen W.G., et al. Progress in antiviral fullerene research. Nanomaterials (Basel). 2022;12(15):2547
3. Tian H.-R., Chen M.-M., Wang K., et al. An unconventional hydrofullerene C<sub>66</sub>H<sub>4</sub> with symmetric heptagons retrieved in low-pressure combustion. J. Am. Chem. Soc. 2019;141(16):6651-6657.
4. Zhang H.-G., Zhuo Y.-Q., Zhang X.-M., et al. Synthesis of fullerenes from a nonaromatic chloroform through a newly developed ultrahigh-temperature flash vacuum pyrolysis apparatus. Nanomaterials. 2021;11(11):3033.
5. Kornev A.B., Khakina E.A., Troyanov S.I., et al. Facile preparation of amine and amino acid adducts of [60]fullerene using chlorofullerene C60Cl6 as a precursor. Chem. Commun. 2012;48(44):5461-3
6. Mashino T. [Development of Bio-active Fullerene Derivatives Suitable for Drug]. Yakugaku Zasshi. 2022;142(2):165-179. (In Japanese)
7. Dellinger A., Zhou Z., Connor J., et al. Application of fullerenes in nanomedicine: An update. Nanomedicine. 2013;8(7):1191-208.
8. McEwen C.N., McKay R.G., Larsen BS. C<sub>60</sub> as a radical sponge. J. Am. Chem. Soc 1992;114:4412-4.
9. Maas M. Carbon nanomaterials as antibacterial colloids. Materials. 2016 Jul 25;9(8):617.
10. Yang B., Chen Y., Shi J. Reactive oxygen species (ROS)-based nano-medicine. Chem. Rev. 2019;119(8):4881-4985.
11. Li L., Zhen M., Wang H., et al. Functional gadofullerene nanoparticles trigger robust cancer immunotherapy based on rebuilding an immunosuppressive tumor microenvironment. Nano Lett. 2020;20(6):4487-4496.
12. Zhou Y., Li J., Ma H., et al. Biocompatible <sub>[60]/[70]</sub> fullerenols: potent defense against oxidative injury induced by reduplicative chemotherapy. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017;9(41):35539-35547
13. Norton S.K., Wijesinghe D.S., Dellinger A., et al. Epoxyeicosatrienoic acids are involved in the C70 fullerene derivative–induced control of allergic asthma. J. Allergy Clin. Immunol. 2012;130(3):761-769.e2.
14. Zhou Z., Lenk R.P., Dellinger A., Wilson S.R., Sadler R., Kepley C.L. Liposomal formulation of amphiphilic fullerene antioxidants. Bioconjugate Chem. 2010;21(9):1656-61.
15. Basso A.S., Frenkel D., Quintana F.J., et al. Reversal of axonal loss and disability in a mouse model of progressive multiple sclerosis. J. Clin. Investig. 2008;118(4):1532-43.
16. Tokuyama H., Yamago S., Nakamura E., Shiraki T., Sugiura Y. Photoinduced biochemical activity of fullerene carboxylic acid. J. Am. Chem. Soc. 1993;115:7918-9.
17. Dugan L.L., Turetsky D.M., Du C., et al. Carboxyfullerenes as neuroprotective& agents. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997; 94(17): 9434-9.
18. Wong C.-W., Zhilenkov A.V., Kraevaya O.A., Mischenko D.V., Troshin P.A., Hsu S.-H. Toward understanding the anti-tumor effects of water-soluble fullerene derivatives on lung cancer cells: apoptosis or autophagy pathways? J. Med. Chem. 2019;62(15):7111-7125.
19. Sigwalt D., Holler M., Iehl J., Nierengarten J.-F., Nothisen M., Morin E., Remy J.-S. Gene delivery with polycationic fullerene hexakis-adducts. Chem. Commun. 2011;47(16):4640-2.
20. Fan J., Fang G., Zeng F., Wang X., Wu S. Water-dispersible fullerene aggregates as a targeted anticancer prodrug with both chemo- and photodynamic therapeutic actions. Small. 2013;9(4):613-21.
21. Sengupta J., Hussain C.M. The emergence of carbon nanomaterials as effective nano-avenues to fight against COVID-19. Materials (Basel). 2023;16(3):1068.
22. Panda M., Purohit P., Wang Y., Meher B.R. Functionalized carbon nanotubes as an alternative to traditional anti-HIV-1 protease inhibitors: An understanding towards Nano-medicine development through MD simulations. J Mol Graph Model. 2022;117:108280.
23. Sridharan R., Monisha B., Kumar P.S., Gayathri K.V. Carbon nanomaterials and its applications in pharmaceuticals : A brief review. Chemosphere. 2022;294:133731.
24. Katin K.P., Kochaev A.I., Kaya S., El-Hajjaji F., Maslov M.M. Ab initio insight into the interaction of metal-decorated fluorinated carbon fullerenes with Anti-COVID drugs. Int J Mol Sci. 2022;23(4):2345.
25. Křížová I., Dostálková A., Castro E., Prchal J., Hadravová R., Kaufman F., Hrabal, Ruml T., Llano M., Echegoyen L., Rumlová M. Fullerene derivatives prevent packaging of viral genomic RNA into HIV-1 particles by binding nucleocapsid protein. Viruses. 2021;13(12):2451.
26. Yao C., Xiang F., Xu Z. Metal oxide nanocage as drug delivery systems for Favipiravir, as an effective drug for the treatment of COVID-19: a computational study. J Mol Model. 2022;28(3):64.
27. Zhu S., Luo F., Zhu B., Ling F., Wang E.L., Liu T.Q., Wang G.X. A nanobody-mediated virus-targeting drug delivery platform for the central nervous system viral disease therapy. Microbiol Spectr. 2021;9(3):e0148721.
28. Friedman S.H., DeCamp D.L., Sijbesma R.P., Srdanov G., Wudl F., Kenyon G.L. Inhibition of the HIV-1 protease by fullerene derivatives: Model building studies and experimental verification. J. Am. Chem. Soc. 1993;115:6506-9.
29. Mashino T., Shimotohno K., Ikegami N., et al. Human immunodeficiency virus-reverse transcriptase inhibition and hepatitis C virus RNA-dependent RNA polymerase inhibition activities of fullerene derivatives. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005;15(4):1107-9.
30. Tollas S., Bereczki I., Borbás A., Batta G., Vanderlinden E., Naesens L., Herczegh P. Synthesis of a cluster-forming si-alylthio-d-galactose fullerene conjugate and evaluation of its interaction with influenza virus hemagglutinin and neuram-inidase. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2014;24(11):2420-3.
31. Muñoz A., Sigwalt D., Illescas B.M., et al. Synthesis of giant globular multivalent glycofullerenes as potent inhibitors in a model of Ebola virus in-fection. Nat. Chem. 2016;8(1):50-7.
32. Fedorova N.E., Klimova R.R., Tulenev Y.A., et al.Carboxylic fullerene C<sub>60</sub> derivatives: efficient microbicides against herpes simplex virus and cytomegalovirus infections in vitro. Mendeleev Commun. 2012;22:254-6.
33. Fiorito S., Serafino A., Andreola F., Togna A., Togna G. Toxicity and biocompatibility of carbon nanoparticles. J Nanosci Nanotechnol. 2006;6(3):591-9.
34. Stern S.T., McNeil S.E. Nanotechnology safety concerns revisited. Toxicol Sci. 2008;101(1):4-21.
35. Lehto M., Karilainen T., Róg T., et al. Co-exposure with fullerene may strengthen health effects of organic industrial chemicals. PLoS One. 2014;9(12):e114490.
36. Ruan H., Zhang X., Yuan J., Fang X. Effect of water-soluble fullerenes on macrophage surface ultrastructure revealed by scanning ion conductance microscopy. RSC Adv. 2022;12(34):22197-22201.
37. Park E.J., Kim H., Kim Y., Yi J., Choi K., Park K. Carbon fullerenes (C<sub>60s</sub>) can induce inflammatory responses in the lung of mice. Toxicol Appl Pharmacol. 20105;244(2):226-33.
38. Sayes C.M., Gobin A.M., Ausman K.D., Mendez J., West J.L., Colvin V.L. Nano-C<sub>60</sub> cytotoxicity is due to lipid peroxidation. Biomaterials. 2005;26(36):7587-95.
39. Sinegubova E.O., Kraevaya O.A., Volobueva A.S., et al. Water-soluble fullerene C<sub>60</sub> derivatives are effective inhibitors of influenza virus reproduction. Microorganisms. 2023;11(3):681.
40. Ershova E.S., Sergeeva V.A., Tabakov V.J., et al. Functionalized fullerene increases NF-kappaB activity and blocks genotoxic effect of oxidative stress in serum-starving human embryo lung diploid fibroblasts. Oxid. Med. Cell. Longev. 2016;2016:9895245.
41. Ershova E.S., Sergeeva V., Chausheva A.I., et al. Toxic and DNA damaging effects of a functionalized fullerene in human embryonic lung fibroblasts. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagenesis. 2016;805:46-57.
42. Kostyuk S.V., Proskurnina E.V., Savinova E.A., et al. Effects of functionalized fullerenes on ROS homeostasis determine their cytoprotective or cytotoxic properties. Nanomaterials (Basel). 2020;10(7):1405.
43. Sergeeva V., Kraevaya O., Ershova E., et al. Antioxidant properties of fullerene derivatives depend on their chemical structure: a study of two fullerene derivatives on HELFs. Oxid Med Cell Longev. 2019;2019:4398695
44. Kostyuk S.V., Proskurnina E.V., Ershova E.S., et al. The phosphonate derivative of C<sub>60</sub> fullerene induces differentiation towards the myogenic lineage in human adipose-derived mesenchymal stem cells. Int J Mol Sci. 2021;22(17):9284.
45. Winterbourn C.C. Reconciling the chemistry and biology of reactive oxygen species. Nat. Chem. Biol. 2008;4(5):278-86
46. Sies H., Jones D.P. Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2020;21(7):363-383.
47. Dinkova-Kostova A.T., Copple I.M. Advances and challenges in therapeutic targeting of NRF2. Trends Pharmacol Sci. 2023;44(3):137-149.
48. Innocenzi P., Stagi L. Carbon-based antiviral nanomaterials: graphene, C-dots, and fullerenes. A perspective. Chem Sci. 2020;11(26):6606-6622.
49. Xu T., Lai J., Su J., Chen D., Zhao M., Li Y., Zhu B. Inhibition of H<sub>3</sub> N<sub>2</sub> influenza virus induced apoptosis by selenium nanoparticles with chitosan through ROS-mediated signaling pathways. ACS Omega. 2023;8(9):8473-8480.
50. Hasan A., Devi Ms.S., Sharma G., et al. Vathasura Kudineer, an Andrographis based polyherbal formulation exhibits immunomodulation and inhibits chikungunya virus (CHIKV) under invitro conditions. J Ethnopharmacol. 2023;302(Pt A):115762.
51. Skariyachan S., Gopal D., Deshpande D., Joshi A., Uttarkar A., Niranjan V. Carbon fullerene and nanotube are probable binders to multiple targets of SARS-CoV-2: Insights from computational modeling and molecular dynamic simulation studies. Infect Genet Evol. 2021;96:105155.
52. Kobayashi T., Yasuno T., Takahashi K., Nakamura S., Mashino T., Ohe T. Novel pyridinium-type fullerene derivatives as multitargeting inhibitors of HIV-1 reverse transcriptase, HIV-1 protease, and HCV NS5B polymerase. Bioorg Med Chem Lett. 2021;49:128267.
53. Hurmach V.V., Platonov M.O., Prylutska S.V., Scharff P., Prylutskyy Y.I., Ritter U. C<sub>60</sub> fullerene against SARS-CoV-2 coronavirus: an in silico insight. Sci Rep. 2021;11(1):17748.
54. Riley P.R., Narayan R.J. Recent advances in carbon nanomaterials for biomedical applications: A review. Curr Opin Biomed Eng. 2021;17:100262.
Рецензия
Для цитирования:
Костюк С.В., Малиновская Е.М., Ершова Е.С., Каменева Л.В., Савинова Е.А., Костюк С.Э., Салимова Т.А., Жиленков А.В., Краевая О.А., Трошин П.А., Ижевская В.Л., Куцев С.И., Вейко Н.Н. Адаптивные реакции фибробластов легких эмбриона человека на производное фуллерена, модифицированного остатками 3-бензотиенилаланина. Медицинская генетика. 2024;23(1):3-18. https://doi.org/10.25557/2073-7998.2024.01.3-18
For citation:
Kostyuk S.V., Malinovskaya E.M., Ershova E.S., Kameneva L.V., Savinova E.A., Kostyuk S.E., Salimova T.A., Zhilenkov A.V., Kraevaya O.A., Troshin P.A., Izhevskaya V.L., Kutsev S.I., Veiko N.N. Adaptive reactions of human embryo lung fibroblasts (HELF) to a fullerene derivative modified with 3-benzothienylalanine residues. Medical Genetics. 2024;23(1):3-18. (In Russ.) https://doi.org/10.25557/2073-7998.2024.01.3-18