Preview

Токсикологический вестник

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

ОСОБЕННОСТИ ИММОБИЛИЗАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ЧЕРЕЗ СТРЕПТАВИДИН-БИОТИНОВУЮ СИСТЕМУ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО СЕЛЕКЦИИ АПТАМЕРОВ

https://doi.org/10.36946/0869-7922-2020-4-12-20

Полный текст:

Аннотация

/

Отравления фосфорорганическими соединениями (ФОС) занимают в общем числе экзотоксикозов одно из ведущих мест. Детоксикацию ФОС на первом этапе попадания в организм можно обеспечить с помощью ДНК- или РНК-аптамеров, связывающих яд в кровеносном русле. В настоящее время основным способом поиска аптамеров является экспериментальный метод систематической эволюции лигандов экспоненциальным обогащением (SELEX). В процессе селекции аптамеров необходима иммобилизация молекулы-мишени через стрептавидин-биотиновый комплекс. Поскольку молекула отравляющего вещества имеет небольшие размеры, для увеличения ее доступности для связывания с аптамером необходимо использование спейсера между ФОС и биотином. Цель данной работы – на примере параоксона оптимизировать процедуру селекции аптамеров к ФОС путем увеличения доступности иммобилизованной через стрептавидин-биотиновый комплекс молекулы отравляющего вещества. Для этого методами молекулярного моделирования были протестированы три спейсера между ФОС и биотином: три звена полиэтиленгликоля (3-ПЭГ), четыре звена полиэтиленгликоля (4-ПЭГ) и аминогексил. Конформация комплекса биотинилированного параоксона со стрептавидином и процесс взаимодействия параоксона со связывающим фрагментом аптамера были смоделированы методами молекулярного докинга и молекулярной динамики. Оценка возможности биотини- лированного параоксона связаться с аптамером была проведена путем анализа площади поверх- ности параоксона, доступной растворителю, а также с помощью расчета свободных энергий связывания. Было показано, что только в случае использования аминогексила иммобилизован- ный параоксон может связаться с аптамером. На заключительном этапе был проведен синтез параоксона, связанного с биотином через аминогексил.

Об авторах

Д. А. Белинская
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Россия

Белинская Дарья Александровна

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории сравнительной физиологии сенсорных систем

194223, г. Санкт-Петербург



Ю. В. Челуснова
Федеральное государственное унитарное предприятие «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека» Федерального медико-биологического агентства
Россия

Челуснова Юлия Викторовна

научный сотрудник лаборатории химического моделирования

188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область



В. В. Абзианидзе
Федеральное государственное унитарное предприятие «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека» Федерального медико-биологического агентства
Россия

Абзианидзе Виктория Вадимовна

кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории химического моделирования

188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область



Н. В. Гончаров
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН; Федеральное государственное унитарное предприятие «НИИ гигиены, профпатологии и экологии человека» Федерального медико-биологического агентства
Россия

Гончаров Николай Васильевич

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник; заведующий лабораторией сравнительной биохимии ферментов Федерального государственного бюджетного учреждения науки

194223, г. Санкт-Петербург

188663, г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область



Список литературы

1. King A.M., Aaron C.K. Organophosphate and carbamate poisoning. Emerg. Med. Clin. North Am. 2015; 33: 133-51.

2. Ku T.H., Zhang T., Luo H., Yen T.M., Chen P.W., Han Y. et al. Nucleic acid aptamers: an emerging tool for biotechnology and biomedical sensing. Sensors (Basel) 2015; 15: 16281-313.

3. Darmostuk M., Rimpelova S., Gbelcova H., Ruml T. Current approaches in SELEX: An update to aptamer selection technology. Biotechnol. Adv. 2015; 33: 1141-61.

4. Bing T., Yang X., Mei H., Cao Z., Shangguan D. Conservative secondary structure motif of streptavidin-binding aptamers generated by different laboratories. Bioorg. Med. Chem. 2010; 18(5): 1798-805.

5. Morris G.M., Goodsell D.S., Halliday R.S., Huey R., Hart W.E., Belew R.K. et al. Automated docking using a Lamarckian genetic algorithm and an empirical binding free energy function. J. Comput. Chem. 1998; 19: 1639-62.

6. Froimowitz M. HyperChem: a software package for computational chemistry and molecular modeling. Biotechniques 1993; 14: 1010-13.

7. Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H. et al. The Protein Data Bank. Nucleic Acids Res. 2000; 28: 235-42.

8. Le Trong I., Wang Z., Hyre D.E., Lybrand T.P., Stayton P.S., Stenkamp R.E. Streptavidin and its biotin complex at atomic resolution. Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 2011; 67: 813-21.

9. Abraham M.J., Murtola T., Schulz R., Páll S., Smith J.C., Hess B. et al. GROMACS: High performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers. SoftwareX. 2015; 1-2: 19-25.

10. Zhu X., Lopes P.E., Mackerell A.D. Jr. Recent developments and applications of the CHARMM force fields. Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2012; 2: 167-85.

11. Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., van Gunsteren W.F., Hermans J. Interaction models for water in relation to protein hydration. In: Pullman B., ed. Intermolecular forces. Dordrecht: Reidel D. Publishing Company; 1981: 331-42.

12. Bussi G., Donadio D., Parrinello M. Canonical sampling through velocity rescaling. J. Chem. Phys. 2007; 126: 014101.

13. Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., di Nola A., van Gunsteren W.F., Haak J.R. Molecular dynamics with coupling to an external bath. J. Chem. Phys. 1984; 81: 3684-90.

14. Darden T., York D., Pedersen L. Particle mesh Ewald: An NŽlog(N) method for Ewald sums in large systems. J. Chem. Phys. 1993; 3: 10089-92.

15. Hess B., Bekker H., Berendsen H.J.C., Fraaije J.G.E.M. LINCS: A linear constraint solver for molecular simulations. J. Comp. Chem. 1997; 8: 1463-73.

16. Genheden S., Ryde U. The MM/PBSA and MM/GBSA methods to estimate ligandbinding affinities. Expert Opin. Drug Discov. 2015; 10: 449-61.

17. Kumari R., Kumar R. Open Source Drug Discovery Consortium, Lynn A. g_mmpbsa – a GROMACS tool for high-throughput MM-PBSA calculations. J. Chem. Inf. Model. 2014; 54: 1951-62.

18. Shizuka M., Schrader T.O., Snapper M.L. Synthesis of isoprostanyl phosphatidylcholine and isoprostanyl phosphatidylethanolamine. J. Org. Chem. 2006; 71(4): 1330-4

19. Itoyama K., Tanibe H., Hayashi T., Ikada Y. Spacer effects on enzymatic activity of papain immobilized onto porous chitosan beads. Biomaterials 1994; 15(2): 107-12.

20. Han X., Liu Y., Wu F.-G., Jansensky J., Kim T., Wang Z. et al. Different interfacial behaviors of peptides chemically immobilized on surfaces with different linker lengths and via different termini. J. Phys. Chem. B 2014; 118: 2904-12.

21. Panman W., Japrung D., Pongprayoon P. Exploring the interactions of a DNA aptamer with human serum albumins: simulation studies. J. Biomol. Struct. Dyn. 2017; 35(11): 2328-36.

22. Silva D., Missailidis S. Analyzing models for interactions of aptamers to proteins. AIP Conf. Proc. 2014; 1618: 594-7.

23. Goncharov N.V., Belinskaia D.A., Shmurak V.I., Terpilowski M.A., Jenkins R.O., Avdonin P.V. Serum albumin binding and esterase activity: mechanistic interactions with organophosphates. Molecules 2017; 22: E1201.

24. Trapaidze A., Herault J.P., Herbert J.M., Bancaud A., Gue A.M. Investigation of the selectivity of thrombin-binding aptamers for thrombin titration in murine plasma. Biosensors and Bioelectronics 2016; 78: 58-66.


Для цитирования:


Белинская Д.А., Челуснова Ю.В., Абзианидзе В.В., Гончаров Н.В. ОСОБЕННОСТИ ИММОБИЛИЗАЦИИ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ЧЕРЕЗ СТРЕПТАВИДИН-БИОТИНОВУЮ СИСТЕМУ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО СЕЛЕКЦИИ АПТАМЕРОВ. Токсикологический вестник. 2020;(4):12-20. https://doi.org/10.36946/0869-7922-2020-4-12-20

For citation:


Belinskaya D.A., Chelusnova Y.V., Abzianidze V.V., Goncharov N.V. FEATURES OF ORGANOPHOSPHATES IMMOBILIZATION VIA STREPTAVIDIN-BIOTIN SYSTEM FOR EXPERIMENTS ON SELECTION OF APTAMERS. Toxicological Review. 2020;(4):12-20. (In Russ.) https://doi.org/10.36946/0869-7922-2020-4-12-20

Просмотров: 16


ISSN 0869-7922 (Print)