mesЭкстремальная биомедицинаExtreme Medicine3033-89643033-8972Centre for Strategic Planning of the Federal Medical and Biological Agency10.47183/mes.2023.011mes-165Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕORIGINAL RESEARCHИзучение возможности взаимодействия различных металлов с альфа-2-макроглобулином и другими белками крови человека in vitroAssessing the possibility of interactions of various metals with alpha-2-macroglobulin and other human blood proteins in vitroЗоринаВ. Н.ZorinaV. N.

Вероника Николаевна Зоринаул. Бехтерева, д. 1, г. Санкт-Петербург, 192019

Veronika N. ZorinaBekhtereva, 1, Saint-Petersburg, 192019

nilimmun@yandex.ruЕвдокимоваЕ. А.EvdokimovaE. A.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

РейнюкВ. Л.RejniukV. L.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

Научно-клинический центр токсикологии имени С. Н. Голикова Федерального медико-биологического агентстваРоссияGolikov Research Clinical Center of Toxicology of the Federal Medical and Biological AgencyRussian Federation202327102024252105111Copyright © Зорина В.Н., Евдокимова Е.А., Рейнюк В.Л., 20242024Зорина В.Н., Евдокимова Е.А., Рейнюк В.Л.Zorina V.N., Evdokimova E.A., Rejniuk V.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.extrememedicine.ru/jour/article/view/165

Гомеостаз металлов играет важную роль в жизнедеятельности организма. При этом имеет значение не только концентрация токсичных и эссенциальных металлов в биологических жидкостях, но и их способность взаимодействовать с белками и ферментами, определяющая активность последних. Целью работы было сравнить возможности связывания различных ионов металлов с белками сыворотки крови человека. Изучение реакций иммобилизованных ионов металлов (Cu2+, Zn2+, Mn2+, Ca2+, Fe3+, Mg2+, Hg+, Cd2+, Pb2+, Cr3+, Co2+, Ag+, Bi2+, Ba2+, Sr2+) с белками крови, а также с высокоочищенным металлопротеином крови (альфа-2-макроглобулин, а2-МГ) проводили методом перекрестного иммуноэлектрофореза с адсорбцией in situ во втором направлении. Показано, что в реакциях in vitro ионы Hg+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ активнее других взаимодействуют с металлопротеинами (в частности с а2-МГ) и со многими другими белками крови человека. Продемонстрировано, что а2-МГ взаимодействует не только с ионами Zn2+ и Cd2+, как описано ранее, но и с Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+, Pb2+, Sr2, Ag+. Выявлено взаимодействие ряда ионов металлов, в том числе высокотоксичных, с белками крови, не являющимися металлопротеинами. Результаты подтверждают принципиальную возможность активного участия дисбаланса ионов металлов в обменных нарушениях через воздействие на регуляторные и транспортные белки организма, что требует дальнейшего изучения.

Homeostasis of metals plays an important role in functioning of the body. Not only the concentrations of toxic and essential metals in bodily fluids, but also their ability of interaction with proteins and enzymes defining the enzyme activity, are important. The study was aimed to compare the possibilities of binding interactions between various metal ions and human serum proteins. Chemical reactions between the immobilized metal ions (Cu2+, Zn2+, Mn2+, Ca2+, Fe3+, Mg2+, Hg+, Cd2+, Pb2+, Cr3+, Co2+, Ag+, Bi2+, Ba2+, Sr2+) and the serum proteins or highly purified blood metalloprotein (alpha-2-macroglobulin, α2M) were assessed by the crossed immunoelectrophoresis with in situ adsorption in the second dimension. It has been shown that Hg+, Cu2+, Zn2+, Cd2+ ions more actively interact with metalloproteins (particularly, with α2M) and many other human blood proteins in in vitro reactions than other ions. We have demonstrated that α2M interacts not only with Zn2+ and Cd2+ ions, as earlier reported, but also with Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+, Pb2+, Sr2, Ag+. Interaction of a number of metal ions, including highly toxic ones, with blood proteins that are not metalloproteins has been revealed. The findings confirm the fundamental possibility of the metal ion imbalance active involvement in metabolic disorders via effects on the body's regulatory and transport proteins, which requires further investigation

 

ионы металловметаллопротеиныальфа-2-макроглобулиниммуноэлектрофорезинтоксикацияmetal ionsmetalloproteinsalpha-2-macroglobulinimmunoelectrophoresisintoxicationReferencesWang F, Chmil C, Pierce F, Ganapathy K, Gump B, MacKenzie J, Mechref Y, Bendinskas K. Immobilized metal affinity chromatography and human serum proteomics. Journal of Chromatography B. 2013; 934: 26–33.Wang F, Chmil C, Pierce F, Ganapathy K, Gump B, MacKenzie J, Mechref Y, Bendinskas K. Immobilized metal affinity chromatography and human serum proteomics. Journal of Chromatography B. 2013; 934: 26–33.Witkowska D, Rowińska-Żyrek M, Witkowska D, Rowińska-Żyrek M. Biophysical approaches for the study of metal-protein interactions. Journal of Inorganic Biochemistry. 2019; 199: 110783.Witkowska D, Rowińska-Żyrek M, Witkowska D, Rowińska- Żyrek M. Biophysical approaches for the study of metal-protein interactions. Journal of Inorganic Biochemistry. 2019; 199: 110783.Ложкин А. П., Биктагиров Т. Б., Абдульянов В. А., Горшков О. В., Тимонина Е. В., Мамин Г. В., и др. Марганец в атерогенезе:обнаружение, происхождение и роль. Биомедицинская химия. 2012; 58 (3): 291–99.Lozhkin AP, Biktagirov TB, Abdulyanov VA, Gorshkov OV, Timonina EV, Mamin GV, i dr. Marganec v aterogeneze: obnaruzhenie, proisxozhdenie i rol'. Biomedicinskaya ximiya. 2012; 58 (3): 291– 99. Russian.Aschner M, Costa LG. Neurotoxicity of Metals. Springer International Publishing AG, 2017; 383 p.Aschner M, Costa LG. Neurotoxicity of Metals. Springer International Publishing AG, 2017; 383 p.Русецкая Н. Ю., Бородулин В. Б. Биологическая активность селенорганических соединений при интоксикации солями тяжелых металлов. Биомедицинская химия. 2015; 61 (4): 449–61.Ruseckaya NYu, Borodulin VB. Biologicheskaya aktivnost' selenorganicheskix soedinenij pri intoksikacii solyami tyazhelyx metallov. Biomedicinskaya ximiya. 2015; 61 (4): 449–61. Russian.Зорина В. Н., Зорина Р. М., Зорин Н. А. Особенности взаимодействия белков семейства макроглобулинов между собой и с рецепторами эндоцитоза (возможный механизм трансмембранного переноса). Биомедицинская химия. 2011; 57 (1): 106–13.Zorina VN, Zorina RM, Zorin NA. Osobennosti vzaimodejstviya belkov semejstva makroglobulinov mezhdu soboj i s receptorami ehndocitoza (vozmozhnyj mexanizm transmembrannogo perenosa). Biomedicinskaya ximiya. 2011; 57 (1): 106–13. Russian.Барашков Г. К., Зайцева Л. И., Кондахчан М. А., Константинова Е. А., Распределение химических элементов в цельной крови и плазме. Биомедицинская химия. 2003; 49 (3): 297–302.Barashkov GK, Zajceva LI, Kondaxchan MA, Konstantinova EA, Raspredelenie ximicheskix ehlementov v cel'noj krovi i plazme. Biomedicinskaya ximiya. 2003; 49 (3): 297–302. Russian.Зорин Н. А., Зорина Р. М., Зорина В. Н. Получение препаратов α-макроглобулина с заданными свойствами. Гематология и трансфузиология. 2000; 45 (5): 20–21.Zorin NA, Zorina RM, Zorina VN. Poluchenie preparatov α-makroglobulina s zadannymi svojstvami. Gematologiya i transfuziologiya. 2000; 45 (5): 20–21. Russian.Emmet M, Crowle AJ. Crossed immunoelectrophoresis: qualitative and quantitative considerations. J Immunol Meth. 1982; 50: R65–R83Emmet M, Crowle AJ. Crossed immunoelectrophoresis: qualitative and quantitative considerations. J Immunol Meth. 1982; 50: R65–R83.Manley SA, Byrns S, Lyon AW, Brown P, Gailer J. Simultaneous Cu-, Fe-, and Zn- specific detection of metalloproteins contained in rabbit plasma by size-exclusion chromatography–inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. Biol Inorg Chem. 2009; 14: 61–74.Manley SA, Byrns S, Lyon AW, Brown P, Gailer J. Simultaneous Cu-, Fe-, and Zn- specific detection of metalloproteins contained in rabbit plasma by size-exclusion chromatography–inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. Biol Inorg Chem. 2009; 14: 61–74.Чекнёв С. Б. Белки γ-глобулиновой фракции, хелатирующие катионы металлов, в физиологической иммунорегуляции. Оппозитные эффекты меди и цинка. Иммунология. 2021; 42 (3): 293–300.Cheknyov SB. Belki γ-globulinovoj frakcii, xelatiruyushhie kationy metallov, v fiziologicheskoj immunoregulyacii. Oppozitnye ehffekty medi i cinka. Immunologiya. 2021; 42 (3): 293–300. Russian.Genchi G, Sinicropi M, Lauria G, Carocci A, Catalano A. The Effects of Cadmium Toxicity. Int J Environ Res Public Health. 2020; 17 (11): 3782.Genchi G, Sinicropi M, Lauria G, Carocci A, Catalano A. The Effects of Cadmium Toxicity. Int J Environ Res Public Health. 2020; 17 (11): 3782.Ynalvez R, Gutierrez J, Gonzalez-Cantu H. Mini-review: toxicity of mercury as a consequence of enzyme alteration. Biometals. 2016; 29 (5): 781–8.Ynalvez R, Gutierrez J, Gonzalez-Cantu H. Mini-review: toxicity of mercury as a consequence of enzyme alteration. Biometals. 2016; 29 (5): 781–8.Кошкина В. С., Котляр Н. Н., Котельникова Л. В., Долгушина Н. А. Клинико-токсикологическая характеристика свинца и его соединений. Медицинские новости. 2013; 1: 20–25.Koshkina VS. Kotlyar NN, Kotelnikova LV, Dolgushina NA. Kliniko-toksikologicheskaya xarakteristika svinca i ego soedinenij. Medicinskie novosti. 2013; 1: 20–25. Russian.Mocchegiani E, Costarelli L, Giacconi R, Cipriano C, Muti E, Malavolta M. Zinc-binding proteins (metallothionein and a-2 macroglobulin) and immunosenescence. Experimental Gerontology. 2006; 41: 1094–7.Mocchegiani E, Costarelli L, Giacconi R, Cipriano C, Muti E, Malavolta M. Zinc-binding proteins (metallothionein and a-2 macroglobulin) and immunosenescence. Experimental Gerontology. 2006; 41: 1094–7.Assi MA, Hezmee MN, Haron AW, Sabri MY, Rajion MA. The detrimental effects of lead on human and animal health. Vet World. 2016; 9 (6): 660–71.Assi MA, Hezmee MN, Haron AW, Sabri MY, Rajion MA. The detrimental effects of lead on human and animal health. Vet World. 2016; 9 (6): 660–71.Мазунина Д. Л. Негативные эффекты марганца при хроническом поступлении в организм с питьевой водой. Экология человека. 2015; 3: 25–31.Mazunina DL. Negativnye ehffekty marganca pri xronicheskom postuplenii v organizm s pit'evoj vodoj. Ehkologiya cheloveka. 2015; 3: 25–31. Russian.Heeb MJ, Gruber A, Griffin JH. Identification of Divalent Metal Ion- dependent Inhibition of Activated Protein Cbycr2-Macroglobulin and cr2-Antiplasminin Blood and Comparisons to Inhibition of Factor Xa, Thrombin, and Plasmin. The Jounal of Biological chemistry. 1991; 266 (26): 17606–12.Heeb MJ, Gruber A, Griffin JH. Identification of Divalent Metal Ion- dependent Inhibition of Activated Protein Cbycr2-Macroglobulin and cr2-Antiplasminin Blood and Comparisons to Inhibition of Factor Xa, Thrombin, and Plasmin. The Jounal of Biological chemistry. 1991; 266 (26): 17606–12

The authors declare that there are no conflicts of interest present.