Дезорганизация рибосом и другие эффекты искусственной РНКазы DL412 в клетках Salmonella enterica

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Синтезирован катионный амфифил DL412, обладающий рибонуклеазной активностью (D — DABCO (1,4-диазабицикло[2.2.2]октан); L4 — тетраметиленовый линкер; 12 — додецильный остаток) и выраженными антибактериальными свойствами. Суспензию клеток Salmonella enterica ATCC 14028 инкубировали в 5 мкМ растворе DL412 в течение 15 и 30 мин или 5 мкМ растворе ципрофлоксацина (препарат сравнения), интактные клетки служили контролем. Образцы фиксировали 4%-ным формальдегидом и 1%-ным OsO4 или по методу Райтера-Келленбергера 1%-ным OsO4 с постфиксацией 0.5%-ным ацетатом уранила, после чего обезвоживали и заключали в смесь эпоксидных смол. Полученные ультратонкие срезы изучали в электронном микроскопе Jem 1400. После 15 мин инкубации с соединением DL412 в клетках S. enterica исчезли видимые рибосомы по всей площади цитоплазмы. В периплазматическом пространстве появилось гомогенное вещество средней электронной плотности, способное проникать в цитоплазму, в которой появлялись полиморфные включения. Выраженные изменения ультраструктуры наблюдались в нуклеоидах бактерии: они округлялись, нити ДНК “слипались” в пучки. При этом структура внешней мембраны не изменялась. Выявленные изменения структуры S. enterica не различались при разных способах фиксации и были обусловлены сочетанием рибонуклеазной активности и амфифильных свойств DL412. Такие изменения не описаны в научной литературе. В работе впервые визуализированы эффекты воздействия рибонуклеазы и амфифильного компонента DL412.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Е. Григорьева

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

А. В. Тупицына

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Е. С. Рябова

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

А. В. Бардашева

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Д. А. Задворных

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Л. С. Королева

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

В. Н. Сильников

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Е. И. Рябчикова

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lenryab@yandex.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Список литературы

  1. Thomas J.R., Hergenrother P.J. // Chem. Rev. 2008. V. 108. № 4. P. 1171–1224. https://doi.org/10.1021/cr0681546
  2. Zhang L., He J., Bai L., Ruan S., Yang T., Luo Y. // Med. Res. Rev. 2021. V. 41. № 4. P. 1855–1889. https://doi.org/10.1002/med.21780
  3. Yarinich L.A., Burakova E.A., Zakharov B.A., Boldyreva E.V., Babkina I.N., Tikunova N.V., Silnikov V.N. // Eur. J. Med. Chem. 2015. V. 95. № 563–573. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2015.03.033
  4. Fedorova A.A., Azzami K., Ryabchikova E.I., Spitsyna Y.E., Silnikov V.N., Ritter W., et al. // Antiviral Res. 2011. V. 91. № 3. P. 267–277. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2011.06.011
  5. Burakova E.A., Saranina I.V., Tikunova N.V., Nazarkina Z.K., Laktionov P.P., Karpinskaya L.A. et al. // Bioorg. Med. Chem. 2016. V. 24. № 22. P. 6012–6020. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2016.09.064
  6. Grigor’eva A.E., Bardasheva A.V., Ryabova E.S., Tupitsyna A.V., Zadvornykh D.A., Koroleva L.S. et al. // Microorganisms. 2023. V. 11. № 9. P. 2192. https://doi.org/10.3390/microorganisms11092192
  7. Bonvin E., Personne H., Paschoud T., Reusser J., Gan B.H., Luscher A. et al. // ACS Infect. Dis. 2023. V. 9. № 12. P. 2593–2606. https://doi.org/10.1021/acsinfecdis.3c00421
  8. Cardoso M.H., Meneguetti B.T., Costa B.O., Buccini D.F., Oshiro K.G.N., Preza S.L.E. et al.// Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. № 19. P. 4877. https://doi.org/10.3390/ijms20194877
  9. Majalekar P.P., Shirote P.J. // Curr. Drug Targets. 2020. V. 21. № 13. P. 1354–1370. https://doi.org/10.2174/1389450121666200621193355
  10. Zadvornykh D., Zhang Z., Liu C., Serpokrylovа I., Bardashevа A., Tikunova N., Silnikov V., Koroleva L. // Int. J. of Health Sci. 2022. V. 6. № S7. P. 3009–3023. https://doi.org/10.53730/ijhs.v6nS7.12110
  11. Wang Z., Liu X., Da T., Mao R., Hao Y., Yang N. et al. // Commun. Biol. 2020. V. 3. № 1. P. 41. https://doi.org/10.1038/s42003-020-0761-3
  12. Kuzminov A. // J. Bacteriol. 2024. V. 206. № 3. P. e0021123. https://doi.org/10.1128/jb.00211-23
  13. Grigor’eva A., Bardasheva A., Tupitsyna A., Amirkhanov N., Tikunova N., Pyshnyi D., Ryabchikova E. // Microorganisms. 2020. V. 8. № 12. P. 1991. https://doi.org/10.3390/microorganisms8121991
  14. Sharma P., Vaiwala R., Gopinath A.K., Chockalingam R., Ayappa K.G. // Langmuir. 2024. V. 40. № 15. P. 7791–7811. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c03474
  15. Maher C., Hassan K.A. // mBio. 2023. V. 14. № 6. P. e0120523. https://doi.org/10.1128/mbio.01205-23
  16. Lin J., Zhou D., Steitz T.A., Polikanov Y.S., Gagnon M.G. // Annu. Rev. Biochem. 2018. V. 87. № 451–478. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-062917-011942
  17. Brielle R., Pinel-Marie M.L., Chat S., Gillet R., Felden B. // Methods. 2017. V. 117. P. 59–66. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2016.10.003
  18. Cougot N., Molza A.E., Delesques J., Giudice E., Cavalier A., Rolland J.P., et al. // J. Mol. Biol. 2014. V. 426. № 2. P. 377–388. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2013.09.035
  19. Herrero Del Valle A., Innis C.A. // FEMS Microbiol. Rev. 2020. V. 44. № 6. P. 793–803. https://doi.org/10.1093/femsre/fuaa032
  20. Razi A., Britton R.A., Ortega J. // Nucleic Acids Res. 2017. V. 45. № 3. P. 1027–1040. https://doi.org/10.1093/nar/gkw1231
  21. Ohniwa R.L., Morikawa K., Takeshita S.L., Kim J., Ohta T., Wada C., Takeyasu K. // Genes Cells. 2007. V. 12. № 10. P. 1141–1152. https://doi.org/10.1111/j.1365-2443.2007.01125.x
  22. Ishihama A. // EcoSal Plus. 2009. V. 3. № 2. https://doi.org/10.1128/ecosalplus.2.6
  23. Dillon S.C., Dorman C.J. // Nat. Rev. Microbiol. 2010. V. 8. № 3. P. 185–195. https://doi.org/10.1038/nrmicro2261
  24. Birnie A., Dekker C. // ACS Nano. 2021. V. 15. № 1. P. 111–124. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c07397
  25. Bakshi S., Choi H., Weisshaar J.C. // Front. Microbiol. 2015. V. 6. № 636. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00636
  26. Zimmerman S.B. // J. Struct. Biol. 2006. V. 153. № 2. P. 160–175. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2005.10.011
  27. Khan S.R., Kuzminov A. // PLoS One. 2017. V. 12. № 12. P. e0190177. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0190177
  28. Horne J.E., Brockwell D.J., Radford S.E. // J. Biol. Chem. 2020. V. 295. № 30. P. 10340–10367. https://doi.org/10.1074/jbc.REV120.011473
  29. Vergalli J., Bodrenko I.V., Masi M., Moynie L., Acosta-Gutierrez S. et al. // Nat. Rev. Microbiol. 2020. V. 18. № 3. P. 164–176. https://doi.org/10.1038/s41579-019-0294-2
  30. Manrique P.D., Lopez C.A., Gnanakaran S., Rybenkov V.V., Zgurskaya H.I. // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2023. V. 1519. № 1. P. 46–62. https://doi.org/10.1111/nyas.14921

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Химическая структура катионного амфифила DL412 (а, D — DABCO (1,4-диазабицикло[2.2.2]октан), L4 — тетраметиленовый линкер, 12 — додецильный остаток) и ципрофлоксацина (б).

Скачать (84KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменения ультраструктуры клеток S. enterica на ультратонких срезах в ПЭМ после воздействия DL412: а, б — гомогенное вещество средней электронной плотности в периплазматическом пространстве; в–д — внедрение гомогенного вещества в цитоплазму и формирование включений; е–к — морфологические варианты включений; л — мембранная структура высокой электронной плотности, рамкой показан увеличенный участок структуры. Черными стрелками показана внешняя мембрана клеточной оболочки; белыми тонкими стрелками — внутренняя мембрана; белыми толстыми стрелками — гомогенное вещество в периплазматическом пространстве; пунктирными стрелками показана связь между гомогенным веществом в периплазматическом пространстве и в цитоплазме; # — цитоплазма; звездочкой — гомогенное вещество в составе включений. Время инкубации с соединением DL412 15 мин; а-е, и, л — фиксация по методу Райтера-Келленбергера; ж–з, к – фиксация формальдегидом. Масштаб: 100 нм.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Цитоплазма клеток S. enterica на ультратонких срезах в ПЭМ: а – интактные клетки; б — 15 мин инкубации с DL412; в – 15 мин инкубации с ципрофлоксацином. Рибосомы на снимках а и в показаны стрелками, на б — не визуализируются. Фиксация формальдегидом. Масштаб: 100 нм.

Скачать (390KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изображения клеток S. enterica на ультратонких срезах в ПЭМ после 15 мин инкубации с DL412 (а–в) и ципрофлоксацином (г–е); ж–и — интактные клетки. а–в изменения нуклеоида (показан белыми стрелками), черными стрелками показаны нити ДНК; звездочкой — клетки с эксцентричным расположением ядра. На врезке — пучки утолщенных нитей ДНК (б), под ними — “заполняющее” вещество; д, е — нарушение структуры нуклеоида, нити ДНК не видны; ж, з — интактные клетки с четким нуклеоидом неправильной формы. Фиксация формальдегидом. Масштаб: 2 мкм (а, г, ж), 500 нм (б, д, з) 200 нм (в, е, и), 100 нм (врезка).

Скачать (941KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изображения клеток S. enterica. (а, г) — 15 мин. инкубации с DL412; (б, д) — ципрофлоксацином; (в, е) — интактные клетки: а–е — изменения нуклеоида (показан толстыми белыми стрелками). Черными стрелками показаны вдавления оболочки бактерии в местах контакта нуклеоида и внутренней мембраны. Звездочкой — клетки с прилежащим к внутренней мембране нуклеоидом. г — четкие неорганизованные пучки нитей ДНК. Тонкими белыми стрелками показаны отдельные нити ДНК; черной стрелкой — внешняя мембрана клеточной оболочки; головкой стрелки — внутренняя мембрана. д — короткие фрагменты нитей ДНК после инкубации с ципрофлоксацином. е — в интактных клетках тонкие нити ДНК показаны белой стрелкой; черной стрелкой — внешняя мембрана; головкой стрелки — внутренняя мембрана. Фиксация по Райтеру-Келленбергеру. Масштаб: а–в — 200 нм, г, д, е — 100 нм.

Скачать (665KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025