Изменения субклеточного распределения активности лизосомальных цистеиновых протеиназ паренхиматозных органов крыс под действием модуляторов синтеза оксида азота

Цель исследования. Изучить влияние неселективного ингибитора NO-синтазы N-нитро-L-аргининметилового эфира (L-NAME) и субстрата синтеза оксида азота L-аргинина на активность катепсинов B, L, H и ее субклеточное распределение в ткани печени, почек и легкого.

Материалы и методы. Объект исследования – крысы-самцы линии Wistar, материалом послужили цитоплазматическая и лизосомальная фракции гомогенатов ткани печени, почки, легкого. Неселективный ингибитор индуцибельной NO-синтазы N-нитро-L-аргининметиловый эфир (L-NAME) применен в дозе 25 мг/кг, субстрат синтеза оксида азота L-аргинин – в дозе 500 мг/кАктивность катепсинов В, L, H определялась раздельно в цитоплазматической и лизосомальной фракции спектрофлуориметрической регистрацией количества продукта расщепления специфических субстратов 7-амидо-4-метилкумарина.

Результаты. Подавление синтеза оксида азота неселективным ингибитором NO-синтазы L-NAME (25 мг/кг, 7 сут) в ткани почки приводит к снижению активности катепсинов В, L, Н в лизосомальной фракции с параллельным нарастанием внелизосомальной активности катепсина L, в ткани печени – к нарастанию лизосомальной активности катепсина Н и снижению внелизосомальной активности катепсина L. Субстрат синтеза оксида азота L-аргинин (500 мг/кг, 10 сут) в ткани печени вызывает лишь нарастание активности катепсина L во внелизосомальной фракции, а в ткани почки – приводит к повышению лизосомальной активности катепсина Н; при этом ткань легкого демонстрирует существенное нарастание активности всех изучаемых катепсинов во внелизосомальной фракции, сопровождающееся для катепсинов В и Н повышением лизосомальной активности. Выявленные изменения ассоциированы с признаками изменения соотношения проферментных и активных форм катепсинов.

Заключение. Эффекты неселективного ингибитора и субстрата синтеза оксида азота на общую активность катепсинов В, L и H в паренхиматозных органах и ее субклеточное распределение являются тканеспецифичными и в ряде случаев разнонаправленными и сопровождаются признаками изменения соотношения проферментных и энзиматически активных форм преимущественно за счет повышения доли проферментных.

1. Förstermann U, Sessa WC. Nitric oxide synthases: Regulation and function. Eur Heart J. 2012;33(7):829-837. DOI: 10.1093/eurheartj/ehr304

2. Calabrese V, Cornelius C, Rizzarelli E, et al. Nitric Oxide in Cell Survival: A Janus Molecule. Antioxid Redox Signal. 2009 Nov;11(11):2717-39. DOI: 10.1089/ARS.2009.2721.

3. Aits S, Jäättelä M. Lysosomal cell death at a glance. J Cell Sci. 2013 May 1;126(Pt 9):1905-12. DOI: 10.1242/jcs.091181.

4. Repnik U, Česen MH, Turk B. Measuring Cysteine Cathepsin Activity to Detect Lysosomal Membrane Permeabilization. Cold Spring Harb Protoc. 2016 May 2;2016(5). DOI: 10.1101/pdb.prot087114

5. Wang D, Bromme D. Drug delivery strategies for cathepsin inhibitors in joint diseases. Expert Opin Drug Deliv. 2005 Nov;2(6):1015-28. DOI: 10.1517/17425247.2.6.1015

6. Dana D, Davalos AR, De S, et al. Development of cell-active non-peptidyl inhibitors of cysteine cathepsins. Bioorg Med Chem. 2013 Jun 1;21(11):2975-87. DOI: 10.1016/j.bmc.2013.03.062

7. Taylor BS, Alarcon LH, Billiar TR. Inducible nitric oxide synthase in the liver: regulation and function. Biochemistry (Mosc). 1998 Jul;63(7):766-81.

8. Mount PF, Power DA. Nitric oxide in the kidney: functions and regulation of synthesis. Acta Physiol (Oxf). 2006 Aug;187(4):433-46. DOI: 10.1111/j.1748-1716.2006.01582.x

9. Huang HJ, Isakov W, Byers DE, Engle JT, Griffin EA, Kemp D, et al. Imaging Pulmonary Inducible Nitric Oxide Synthase Expression with PET. J Nucl Med. 2015 Jan;56(1):76-81. DOI: 10.2967/jnumed.114.146381

10. Покровский М.В., Покровская Т.Г., Кочкаров В.И., Артюшкова Е.Б. Эндотелиопротекторные эффекты L-аргинина при моделировании дефицита окиси азота. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2008;71(2):29-31.

11. Дорохина Л.В., Зинчук В.В. Прооксидантно-антиоксидантное равновесие у крыс при гипотермии в условиях коррекции L-аргинин-NO системы. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия Биологических Наук. 2000;4:83-86.

12. Покровский А.А., Тутельян В.А. Лизосомы. М.: Издательство Наука, 1976.

13. Метельская В.А., Гуманова Н.Скрининг-метод определения уровня метаболитов оксида азота в сыворотке крови. Клиническая лабораторная диагностика. 2005;6:15-18.

14. Barrett A.J., Kirschke H. Cathepsin B, Cathepsin H, cathepsin L. Methods Enzymol. 1981;80 Pt C:535-61.

15. Панин Л.Е., Маянская Н.Н. Лизосомы: роль в адаптации и восстановлении. Новосибирск: Издательство Наука СО, 1987.

16. Борискина М.А. Изменение активности лизосомальных цистеиновых протеиназ у больных хроническими лейкозами в динамике заболевания. Дисс. … канд. мед. наук. Рязань, 1996.

17. Арапова А.И. Лизосомальный цистеиновый протеолиз мышечных тканей в условиях изменения синтеза оксида азота. Автореф. дисс. … канд. мед. наук. Рязань, 2017.

18. Repnik U, Stoka V, Turk V, Turk B. Lysosomes and lysosomal cathepsins in cell death. Biochim Biophys Acta. 2012 Jan;1824(1):22-33. DOI: 10.1016/j.bbapap.2011.08.016

19. Turk V, Stoka V, Vasiljeva O, et al. Cysteine cathepsins: From structure, function and regulation to new frontiers. Biochim Biophys Acta. 2012 Jan;1824(1):68-88. DOI: 10.1016/j.bbapap.2011.10.002

20. Siklos M, BenAissa M, Thatcher GRJ. Cysteine proteases as therapeutic targets: does selectivity matter? A systematic review of calpain and cathepsin inhibitors. Acta Pharm Sin B. 2015 Nov;5(6):506-19. DOI: 10.1016/j.apsb.2015.08.001

21. Kos J, Werle B, Lah T, Brunner N. Cystein proteinases and their inhibitors in extracellular fluids: marker for diagnosis and prognosis in cancer. Int J Biol Markers. 2000 Jan-Mar;15(1):84-9.

22. Yang Z, Cox JL. Cathepsin L increases invasion and migration of B16 melanoma. Cancer Cell Int. 2007 May 8;7:8. DOI: 10.1186/1475-2867-7-8

23. Tu C, Ortega-Cava CF, Chen GS, Fernandes ND, Cavallo-Medved D, Sloane BF, et al. Lysosomal cathepsin B participates in the podosome-mediated extracellular matrix degradation and invasion via secreted lisosomes in v-Src fibroblasts. Cancer Res. 2008 Nov 15;68(22):9147-56. DOi: 10.1158/0008-5472.CAN-07-5127.

24. Silva DG, Ribeiro JFR, De Vita D, Cianni L, Franco CH, FreitasJunior LH, et al. A comparative study of warheads for design of cysteine protease inhibitors. Bioorg Med Chem Lett. 2017 Nov 15;27(22):5031-5035. DOI: 10.1016/j.bmcl.2017.10.002

25. Абаленихина Ю.В. Окислительная модификация белков и лизосомальный цистеиновый протеолиз иммунокомпетентных органов крыс в условиях модулирования синтеза оксида азота. Дисс. … канд. биол. наук. Рязань, 2014.

26. Арапова А.И. Лизосомальный цистеиновый протеолиз мышечных тканей в условиях изменения синтеза оксида азота. Дисс. … канд. мед. наук. Рязань, 2017.

27. АбаленихинаЮ.В.,ФоминаМ.А.,ИсаковС.А.Окислительная модификация белков и изменение активности катепсина L селезенки крыс в условиях моделирования дефицита синтеза оксида азота. Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2013;1:44-48.

28. Арапова А.И., Фомина М.А. Изменение активности и компартментализации лизосомальных цистеиновых протеиназ сердечной мышцы под действием карнитина и регуляторов синтеза оксида азота. Курский научнопрактический вестник «Человек и его здоровье». 2015;4:69-75.

29. Васильева О.С., Серебров В.Ю., Турк Б., и др. Изучение механизма аутокаталитической активации прокатепсина H in vitro. Электронный журнал «Исследовано в России». 2002: 1092-1102. Режим доступа: http://docplayer.ru/31006556-Izuchenie-mehanizma-autokataliticheskoy-aktivacii-prokatepsina-h-in-vitro.html

30. Menard R, Carmona E, Takebe S, Dufour E, Plouffe C, Mason P, Mort JS. Autocatalytic processing of recombinant human procathepsin L. Contribution of both intermolecular and unimolecular events in the processing of procathepsin L in vitro. J Biol Chem. 1998 Feb 20;273(8):4478-84.

31. Almeida PC, Nantes IL, Chagas JR, Rizzi CC, Faljoni-Alario A, Carmona E, et al. Cathepsin B activity regulation. Heparin-like glycosaminogylcans protect human cathepsin B from alkaline pH-induced inactivation. J Biol Chem. 2001 Jan 12;276(2):944-51.

32. Арапова А.И., Фомина М.А. Аутокаталитические эффекты лизосомальных цистеиновых протеиназ гладкой мышцы аорты крыс. Наука молодых – Eruditio Juvenium. 2015;4:27-32.

33. Абаленихина Ю.В., Фомина М.А. Влияние модуляторов синтеза оксида азота на активность и аутопроцессинг катепсина В иммунокомпетентных органов крыс в условиях in vitro. Наука молодых – Eruditio Juvenium. 2014;1:53-59.