350 rub
Journal Technologies of Living Systems №7 for 2009 г.
Article in number:
AMYLOIDS OF MUSCLE X-PROTEIN OF TITIN FAMILY AND BRAIN Aβ-PEPTIDES: TESTING THE EFFECTIVENESS OF ANTIAMYLOIDOGENIC PREPARATIONS
Authors:
A.G. Bobylev, L.G. Marsagishvili, M.D. Shpagina, Z.A. Podlubnaya
Abstract:
Amyloids diseases, including neurodegenerative diseases (e.g., Alzheimer-s and Parkinson-s), nonneuropathic systemic diseases (e.g., AL amyloidoses), nonneuropathic localized diseases (e.g., type II diabetes), and prion encephalopathies are generally thought to be caused by amyloidogenic protein/peptide misfolding and aggregation. At least 34 different proteins/peptides have been identified to date that can fold abnormally, form highly stable insoluble fibrils (amyloids) and are associated with pathology. However, the mechanism by which these proteins/peptides gain their neurotoxic function upon misfolding and aggregation remain unclear. Amyloids are deposited in different organs and tissues and arise as a result of inherited or acquired abnormality of protein folding. The availability of beta-sheet structure is necessary for amyloid formation. As a rule, protein molecules first undergo partial unfolding, accompanied by an increase in beta-sheet content, then associate with each other to form oligomers, and finally assemble into fibrils. Senile plaques composed mainly by beta-amyloid are one of the pathological hallmarks of Alzheimer-s disease (AD). Creating early diagnostics and the search of drugs for therapy of amyloidoses are actual tasks. Trying to decrease the production of Abeta amyloids is also envisaged as a promising approach to prevent neurodegeneration in AD. We have recently discovered new amyloid muscle proteins of titin family (X-, C-, H-proteins) offering some advantages for solution of the above tasks. Molecules of these proteins already contain 90% of beta-sheet structure and unlike other proteins, form easily amyloids under mild conditions. Sufficient quantities of these proteins in muscles also promote the intensification of investigations in such systems. Moreover, we showed their capacity to form amyloid fibrils similar to those formed by Abeta-peptides in vitro and found in the AD brain. Earlier we demonstrated also that tetracycline and fullerene C60 disrupted amyloids of the pro-teins and those of Abeta peptides, like the effect of tetracycline on amyloids formed by tau and prion pro-teins, by amylin and hintingtin. This denotes the possibility of similar approaches to the disruption of different amyloids due to the similarity of their physicochemical properties. Tetracycline and fullerenes not only disrupted mature amyloid fibrils but prevented the formation of new amyloids. Such a double effect of drugs is very important in therapy of amyloidoses. It is known that amyloid aggregates of different proteins and peptides are cytotoxic, inducing cell death. Study on the cytotoxicity of amyloids in cell cultures and its decrease in the presence of different preparations help to appreciate their antiamyloidogenic properties. Our results suggest that along with the electron microscopy, the registration of amyloid cytotoxicity in vitro in the absence and in the presence of drugs can be additional promising approach to the search for the most effective candidates for preventing and treating amyloidoses. Further testing of anti-amyloidogenic properties of fullerene C60 and its modified nano-compounds in amyloid protein systems of titin family will favor the creation of new nanotechnology in therapy of amyloidoses.
Pages: 46-53
References
  1. Uversky V.N., Fink A.L.Conformational constraints for amyloid fibrillation: the importance of being unfolded // Biochim. Biophys. Acta. 2004. V. 1698. P. 131-153.
  2. Покровский В.И., Киселев О.И, Черкасский Б.Л. Прионы и прионные болезни. М.: Изд-во РАМН. 2004. 381 с.
  3. Барсуков А., Шустов С., Шкодкин И. и др. Гипертрофическая кардиомиопатия и амилои­доз сердца // Врач. 2005. Вып. 10. С. 42-46.
  4. Сторожаков Г.И., Гендлин Г.Е. Амилоидоз сердца // Сердечная недостаточность. 2000. Т. 1 (№ 1). С. 30-34.
  5. Алексеева Ю.А., Шпагина М.Д., Вихлянцев И.М., Подлубная З.А. Х-белок скелетных мышц образует амилоиды: данные электронной люминесцентной и поляризационной микроскопии // Труды конф. «От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям». Пущино: 2002. С. 46 - 47.
  6. AlekseevaY.A., Emel'yanenkoV.I., PetropavlovN.N. etal. Searching for proteins-precursors if amyloids among titin family proteins / Abstr. Intern. Symp. «Biological motility». Pushchino. Russia. 2004. P. 208 -209.
  7. Подлубная З.А., Алексеева Ю.А., Марсагишвили Л.Г. и др. Выяснение роли саркомерных цитоскелетных белков в образовании амилоидов и в патогенезе амилоидозов с целью разработки метода их ранней диагностики // Сб. «Фундаментальные науки - медици­не» / под ред. О.Г. Газенко, М.М. Уг­рюмова, А.А. Макоско, В.В. Круго­вых). М.: Слово. 2004. С. 56 - 58.
  8. Марсагишвили Л.Г., Шпагина М.Д., Емельяненко В.И. и др. Саркомерные белки семейства тайтина образуют амилоиды // Биофизика. 2005. Т. 50 (№ 5). С. 803-809.
  9. Marsagishvili L.G., Podlubnaya Z.A.Amyloidogenic properties of X-, C- and H-proteins of sarcomeric cytoskeleton // J. Muscle Res. & Cell. Motil. 2005. V. 26(1). P. 78-79.
  10. МарсагишвилиЛ.Г., Шпагина М.Д., З.А. Подлубная. Временная зависимость образования амилоидных фибрилл Х-белка / Сб. «Медико-биологические аспекты действия физических факторов» / под ред. В.С. Улащика. Минск: Бизнесофсет. 2006. C. 242-245.
  11. Марсагишвили Л.Г. Изучение амилоидных свойств саркомерных белков семейства тайтина / Диссер. канд. биол. наук. 2007. Пущино. С. 24.
  12. Марсагишвили Л.Г., Шпагина М.Д., Шаталин Ю.В. и др. Исследование цитотоксичности амилоидных фибрилл Х-белка // Биофизика. 2006. Т. 51 (№ 5). С. 799-803.
  13. Marsagishvili L.G., Shpagina M.D., Shatalin Yu.V.et al. Tetracycline destroys amyloid fibrils of sarcomeric cytoskeletal X-protein and eliminates its cytotoxic effect on polymorphonuclear leucocytes in vitro // J. Muscle Res. Cell. Motil. 2006. V. 27. № 5-7. P. 542-543.
  14. Marsagishvili L.G., Shpagina M.D., Shatalin Yu. V. et al. Fullerene C60HyFn destroys amyloid fibrils of sarcomeric cytoskeletal X-protein and increases of cell viability // Abstracts of XXXVIth European Muscle Conference. 2007. September 8-12. Stockholm, Sweden, 5:18, P. 74.
  15. Подлубная З.А., Марсагишвили Л. Г. Роль мышечных цитоскелетных белков в патогенезе амилоидозов, в их диагностике и терапии // Вестник новых медицинских технологий. 2007. Т. XIV. № 4. C. 103 - 105.
  16. Подлубная З.А., Подольский И.Я., Шпагина М.Д. и др. Электронно-микроскопическое изучение влияния фуллерена на формирование амилоидных фибрилл Aβ25-35 пептидом // Биофизика. 2006. Т. 51. № 5. С. 795-798.
  17. PodlubnayaZ.A., ShpaginaM.D., MarsagishviliL.G. etal. Inhibitory effect of fullerene on Aβ25-35peptide fibrillization electron microscopic study // Abstr. Intern. Symp. «Biological motility», Pushchino, Russia. 2006. P. 155-156.
  18. Марсагишвили Л.Г., Шпагина М.Д., Подлубная З.А.Влияние фуллерена на формирование амилоидных фибрилл Х-белком // Тезисы ХХ Съезда Физиологического общества им. И.П. Павлова, Москва, 4-8 июня 2007. C. 326.
  19. Podlubnaya Z.A., Podolsky I.Ya., Marsagishvili L.G. et al. Effects of hydrated forms of C60 fullerene on amyloids of X-protein and Aβ-peptides. - XIII Biennial International Workshop «Fullerenes and atomic clusters», St. Petersburg, July 2-6. 2007. P. 222.
  20. Макарока Е.Г., Кордонец О.Л., Муганцева Е.А. и др. Влияние С60 фуллерена на экспериментальных моделях болезни Альцгеймера invitro и invivo // Тезисы III Международного и Междисциплинарного конгресса «Нейронаука для медицины и психология». Судак: Крым, Украина, 12-20 июня 2007. С. 149-150.
  21. PodolskyI.Ya., PodlubnayaZ.A., KosenkoE.A. etal.Effects of hydrated forms of C60fullerene on amyloid β-peptide fibrillization in vitro and performance of the cognitive task // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2007. V. 7. № 4/5. P. 1479 - 1485.
  22. Подлубная З.А., Марсагишвили Л.Г. Новые амилоидные белки семейства тайтина и их свойства: перспективы для диагностики и терапии амилоидозов // Технологии живых систем. 2008. Т. 5. № 5 - 6. С. 11 - 21.
  23. Марсагишвили Л.Г., Шпагина М.Д., Бобылёв А.Г. и др. Влияние поликарбоксильного производного фуллерена на формирование амилоидных фибрилл Аβ(25-35)пептидом // Тезисы докл. VII «Конференции молодых ученых, специалистов и студентов». М.: 9 апреля 2008. С. 38 -39.
  24. Offer G., Moos C., Starr R. A new protein of the thick filaments of vertebrate skeletal myofibrils. Extraction, purification and characterization //J. Mol. Biol.1973. V.74.P.653-676.
  25. Fritz J.D., Swartz D.R., Greaser M.L. Factors affecting polyacrilamide gel electrophoresis and electroblotting of high-molecular-weight myofibrillar proteins // Analyt. Biochem. 1989. V. 180. P. 205 -210.
  26. Starr R., Offer G.Preparation of C-protein, H-protein, X-protein and phosphofructokinase // In: Methods in enzymology, New York. London. 1982. V. 85. Part B. P. 130-138.
  27. Huxley H.E. Electron microscope studies on the structure of natural and synthetic protein filaments from striated muscle // J. Mol. Biol. 1963. V. 7. P. 281 - 308.
  28. Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии. СПб.: ООО«Росток». 2006.C. 336.
  29. Silva G.A. Shorting neurons with nanotubes // Nat. Nanotechnol. 2009. V. 4 (2). P. 82 -83.
  30. Dugan L.L., Turetsky D.M., Du C. et al.Carboxylfullerenes as neuroprotective agents // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997. V. 94.P. 9434-9439.
  31. Крото Г. Симметрия, космос, звезды и С60 // Успехи физических наук. 1998. Т. 168. № 3. C. 343 -358.
  32. Bakry R., Vallant R. M., Najam-ul-Haq M. et al., Medicinal applications of fullerenes // Int. J. Nanomedicine, 2007, vol. 2, pp. 639-649.
  33. Bedrov D., Smith G.D., Davande H., L. et al., Passive transport of C60 fullerenes through a lipid membrane: a molecular dynamics simulation studies // J. Phys. Chem. B. 2008.V. 112 (7).P. 2078-2084.
  34. Kim J.E., Lee M. Fullrene inhibits beta-amyloid peptide aggregation //Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003. V. 303, (2), P. 576 - 579.
  35. Бобылёв А.Г., Марсагишвили Л.Г., Шпагина М.Д., Подлубная З.А. Эффект фуллерена С60HyFn на амилоиды Аβ(1-42)-пептида мозга // 13-ая Пущинская Междунар. школа-конференция молодых ученых «Биология - наука XXI века» 28 сентября - 2 октября 2009 г. С. 92.
  36. Марсагишвили Л.Г., Бобылёв А.Г., Шпагина М.Д., Трошин П.А., Подлубная З.А.Влияние фуллеренов на амилоиды Х-белка // Биофизика. 2009. Т. 54. Вып. (2).С. 202-205.
  37. Marsagishvili L.G. Bobylev A.G., Shpagina M.D., Podlubnaya Z.A.Concentration-dependent antiamyloid effect the sodium salt of the fullerene polycarboxylic derivative С60Cl(C6H4CH2COONa)5 on amyloids of muscle X-protein // Abstr. XXXVIII Europ. Muscle Соnf., Lille, France. 2009. P. 71.
  38. Марсагишвили Л.Г., Бобылёв А.Г., Шпагина М.Д., Подлубная З.А. Роль тайтина и белков его семейства в образовании амилоидных фибрилл // Сб.: «Рецепция и внутриклеточная сигнализация» / под ред.В.П. Зинченко,
    С.С. Колесникова, А.В. Бережнова
    . Пущино: ОНТИ. 2009. С. 135-137.
  39. Bobylev A.G., Marsagishvili L.G., Shpagina M.D., Podlubnaya Z.A Effect of the fullerene C60PVP on amyloids of muscle X-protein of the titin family // Abstr. XXXVIII Europ., Muscle Соnf., Lille, France. 2009.P. 67.
  40. Bobkova N.V., Gruden' M.A., Samokhin A.N. et al. Noopept improves the spatial memory and stimulates prefibrillar beta-amyloid (25-35) antibody production in mice // Eksp. Klin. Farmakol. 2005. V. 68. № 5. P. 11-15.
  41. Логинова Н. Ю.Получение модифицированных производныхфуллерена С60и изучение его растворов в органических растворителях / Автореф. дисс. канд. хим. наук. 2007. Волгоград.С. 19.
  42. RozhkovS.P., GoryunovA.S., SukhanovaG. A. et. al. Protein interaction with hydrated C60 fullereneinaqueous solutions// Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003. V. 303 (2).P. 562-566.