Исследование влияния рентгеновского излучения на структурные характеристики белка бычьего сывороточного альбумина с использованием жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработан и опробован способ оценки изменений структурных характеристик белка бычьего сывороточного альбумина (БСА) в водном растворе в результате воздействия ионизирующего излучения. Способ состоит в идентификации уникальных пептидов доменных структур белка, а также установлении модификаций аминокислотной последовательности с использованием жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения. Раствор БСА облучали рентгеновским излучением с напряжением на трубке 80 кВ и средним значением тока 1 мА, мощность дозы составляла 2 Гр/с. Поглощенную дозу в объеме образца оценивали ферросульфатным методом дозиметрии. Водный раствора БСА облучали в дозах 0.1, 0.5, 1, 2, 4 и 8 кГр, после чего количественно оценивали содержание белковых молекул в растворе и анализировали структурную целостность нативной формы белка, а также устанавливали модификации аминокислот в последовательности БСА в результате действия излучения. Для более углубленного анализа проводили восстановление дисульфидных связей цистеин-цистеин БСА с последующим алкилированием образующихся тиольных остатков амидом бромуксусной кислоты. Ферментативный гидролиз БСА проводили с добавлением раствора трипсина. Полученные образцы анализировали методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения с тандемным масс-спектрометрическим детектированием высокого разрешения. Далее оценивали изменение количества неповрежденных молекул белка методом определения уникальных пептидов, соответствующих каждому из трех доменов, из которых состоит аминокислотная последовательность БСА. С учетом оптимизации условий детектирования трех доменов как маркеров активной формы БСА рассчитывали предел обнаружения каждого пептида. Разработанный подход позволил установить изменение естественной конформации белка бычьего сывороточного альбумина (его денатурацию) в водных пробах в результате воздействия ионизирующего излучения в дозах 4–8 кГр при средней мощности 2 Гр/с.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Браун

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

Автор, ответственный за переписку.
Email: igorrodin@yandex.ru
Россия, Москва

У. А. Близнюк

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет; Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына

Email: igorrodin@yandex.ru
Россия, Москва; Москва

П. Ю. Борщеговская

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет; Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына

Email: igorrodin@yandex.ru
Россия, Москва; Москва

В. С. Ипатова

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына

Email: igorrodin@yandex.ru
Россия, Москва

А. П. Черняев

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет; Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына

Email: igorrodin@yandex.ru
Россия, Москва; Москва

И. А. Ананьева

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

Email: igorrodin@yandex.ru
Россия, Москва

И. А. Родин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет; Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова

Email: igorrodin@yandex.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Черняев А.П. Радиационные технологии. Наука. Народное хозяйство. Медицина. М.: Издательство Московского университета, 2019. С. 231.
  2. Черняев А.П., Колыванова М.А., Борщеговская П.Ю. Радиационные технологии в медицине. Часть 1. Медицинские ускорители // Вестн. Моск. ун-та. Серия 3: Физика, астрономия. 2015. № 6. С. 28. (Chernyaev A.P., Kolyvanova M.A., Borshchegovskaya P.Yu. Radiation technology in medicine. Рart 1. medicine accelerators // Moscow Univ. Phys. Bull. 2015. V. 70. № 6. Р. 457.)
  3. ISO 11137-3-2006 Sterilization of health care products Radiation Part 3: Guidance on dosimetric aspects. Стерилизация медицинской продукции. Облучение. Часть 3. Руководство по вопросам дозиметрии.
  4. ISO 14470-2011 Food irradiation – Requirements for the development, validation and routine control of the process of irradiation using ionizing radiation for the treatment of food. Радиационная обработка пищевых продуктов. Требования к разработке, валидации и повседневному контролю процесса облучения пищевых продуктов ионизирующим излучением.
  5. Zhang Rong Ke, Lyu Jia Hua, Li Tao. Effects of radiation on protein // J. Nutr. Oncol. 2020. V. 5. № 3. P. 116. https://doi.org/10.34175/jno202003002
  6. Пузан Н.Д., Чешик И.А. Молекулярные механизмы действия ионизирующего излучения. Влияние облучения на белок (обзор литературы) // Медико-биологические проблемы жизнедеятельности. 2023. № 1. С. 14. (Puzan N.D., Cheshik I.A. Molecular mechanisms of effects of ionizing radiation action. Irradiation effect on protein (literary review) // Medical and Biological Problems of Life Activity. 2023. № 1. P. 14 (in Russ.)) https://doi.org/10.58708/2074-2088.2023-1(29)-14-26
  7. Тимакова Р.Т. Влияние ионизирующего излучения на биологическую ценность белков говядины // Пищевая промышленность. 2020. № 5. C. 12.
  8. Rozhko T.V., Nemtseva E.V., Gardt M.V., Raikov A.V., Lisitsa A.E., Badun G.A., Kudryasheva N.S. Enzymatic responses to low-intensity radiation of tritium // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 22. P. 1. Article 8464. https://doi.org/10.3390/ijms21228464
  9. Adibian M., Mami Y. Effect of electron-beam irradiation on enzyme activities in Agaricus brunnescens // J. Pure Appl. Microbiol. 2018. V. 12. № 3. P. 1435. https://doi.org/10.22207/JPaM.12.3.46
  10. Павлов А.Н., Чиж Т.В., Снегирев А.С., Санжарова Н.И., Черняев А.П., Борщеговская П.Ю. и др. Технологический процесс радиационной обработки пищевой продукции и дозиметрическое обеспечение // Радиационная гигиена. 2020. Т. 13. № 4. С. 40. https://doi.org/10.21514/1998-426X-2020-13-4-40-50
  11. Giroux M., Lacroix M. Nutritional adequacy of irradiated meat – A review // Food Res. Int. 1998. V. 31. № 4. С. 257.
  12. Дриль А.А., Рождественская Л.Н. Повышение биологической ценности белка и увеличение сроков хранения полуфабриката из вешенки обыкновенной методом электронной стерилизации // Изв. вузов. Прикл. химия и биотехнология. 2019. Т. 9. № 3. С. 500.
  13. Zhao L., Zhang Y., Pan Z., Venkitasamy C., Zhang L., Xiong W. et al. Effect of electron beam irradiation on quality and protein nutrition values of spicy yak jerky // LWT. 2017. № 87. Р. 1.
  14. Zarei H., Bahreinipour M., Eskandari K., Eskandari K., Zarandi S.-M., Ardestani S. Spectroscopic study of gamma irradiation effect on the molecular structure of bovine serum albumin // Vacuum. 2016. № 136. Р. 91.
  15. Liu G.X., Liu J., Tu Z.C., Sha X.M., Wang H., Wang Z.X. Investigation of conformation change of glycated ovalbumin obtained by Co-60 gamma-ray irradiation under drying treatment // Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2018. № 47. P. 286.
  16. Liu Y.-F., Oey I., Bremer P., Carne A., Silcock P. Modifying the functional properties of egg proteins using novel processing techniques: A review // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2019. V. 18. № 4. P. 986.10.1111/1541-4337.12464
  17. Olsen J.V., Ong S.E., Mann M. Trypsin cleaves exclusively C-terminal to arginine and lysine residues // Mol. Cell Proteomics. 2004. V. 3. № 6. P. 608. https://doi.org/10.1074/mcp.T400003-MCP200
  18. Keil B. Proteolysis data bank: Specificity of alpha-chymotrypsin from computation of protein cleavages // Protein Seq. Data Anal. 1987. V. 1. № 1. P. 13.
  19. Walmsley S.J., Rudnick P.A., Liang Y., Dong Q., Stein S.E., Nesvizhskii A.I. Comprehensive analysis of protein digestion using six trypsins reveals the origin of trypsin as a significant source of variability in proteomics // J Proteome Res. 2013. V. 12. № 12. P. 5666. https://doi.org/10.1021/pr400611h
  20. Saveliev S., Bratz M., Zubarev R., Szapacs M., Budamgunta H., Urh M. Trypsin/Lys-C protease mix for enhanced protein mass spectrometry analysis // Nat. Methods. 2013. V. 10. № 11. https://doi.org/10.1038/nmeth.f.371
  21. Браун А.В., Близнюк У.А., Борщеговская П.Ю., Ипатова В.С., Хмелевский О.Ю., Черняев А.П. и др. Исследование влияния ускоренных электронов на структурные характеристики бычьего сывороточного альбумина с использованием жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 3. С. 14.
  22. Sam K.C. Chang, Yan Zhang. Protein analysis / Food Analysis. New York: Springer. 2017. P. 315. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45776-5_18
  23. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. М.: Мир, 1993. Т. 1. С. 384. ISBN 5-03-001774-7
  24. Gonzalez V.D., Gugliotta L.M., Giacomelli C.E., Meira G.R. Latex of immunodiagnosis for detecting the Chagas disease: II. Chemical coupling of antigen Ag36 onto carboxylated latexes // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2008. № 19. С. 789.
  25. Doumas B.T., Bayse D.D., Carter R.J., Peters T., Schaffer R. A candidate reference method for determination of total protein in serum. I. Development and validation // Clin. Chem. 1981. V. 27. № 10. P. 1642.
  26. Francis G. Albumin and mammalian cell culture: Implications for biotechnology applications // Cytotechnology. 2010. № 62. Р. 1.
  27. Спектрофотометр УФ-3000. https://istina.msu.ru/equipment/card/615320740/ (дата обращения сентябрь 2024).
  28. Swissprot. Swiss Institute of Bioinformatics: Geneva, Switzerland. http://www.uniprot.org/contact (дата обращения 17.01.2018).
  29. Huang B.X., Kim H.Y., Dass C. Probing three-dimensional structure of bovine serum albumin by chemical cross-linking and mass spectrometry // J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2004. № 15. P. 1237.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Масс-спектры фрагментации протонированных молекулярных ионов пептидов, выбранных для обнаружения БСА после трипсинолиза в режиме регистрации положительно заряженных ионов: (а) – пептид Т66–75 (заряд иона-предшественника 2+); (б) – пептид Т402–412 (заряд иона-предшественника 2+); (в) – Т549–557 (заряд иона-предшественника 2+).

Скачать (418KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Диаграмма относительной концентрации идентифицированных уникальных пептидов для доз облучения 0–8 кГр при мощности дозы рентгеновского излучения 2 Гр/с.

Скачать (205KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025