Моніторинг холіну для оцінки запального гепатиту

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-8025.2024.325058

Ключові слова:

холіновий біосенсор, холіноксидаза, естеразна активність, гепатит, моніторинг запалення

Анотація

Мета роботи - створення швидкого та надійного біосенсора для визначення холіну в біологічних середовищах.

Матеріали та методи. Холіноксидазу (EC 1.1.3.17, 17 Од/мг) з Arthrobacter globiformis було придбано у компанії Sigma. Перекис водню (30 %, водний розчин), холіну хлорид та бичачий сироватковий альбумін (V фракція) (BSA) були отримані від Sigma. Глутаральдегід 25 % був отриманий від Merck KGaA. Напівпроникну териленову мембрану товщиною 12 мкм, діаметром пор 0,4 мкм було отримано з Об'єднаного інституту ядерних досліджень. Зразки біологічних рідин щурів були отримані в Національному фармацевтичному університеті, Україна.

Шар, що складався з 5 мкл розчину, який містив ChOx, BSA та глутаральдегід, формували на внутрішній поверхні закріпленої кільцем напівпроникної териленової плівки (робоча зона Ø 2,4 мм) шляхом створення мембрани. Згодом її витримували при 4 °C протягом 12 годин. Ферментативну мембрану механічно прикріплювали до поверхні платинового електрода, утворюючи біосенсор. Хроноамперометричні вимірювання проводили за допомогою виготовленого на замовлення потенціостата (Вільнюський університет, Центр наук про життя, Інститут біохімії), використовуючи звичайну трьохелектродну електрохімічну комірку, що складається з платинового допоміжного електрода, насиченого Ag/AgCl електрода порівняння та біосенсора в якості робочого електрода.

Для імітації запалення ми відтворили модель гострого токсичного тетрахлорметанового гепатиту. Гепатит - це гостре або хронічне запалення печінки, спричинене різними факторами: інтоксикацією побутовими речовинами, отрутами, ліками, алкоголем, аутоімунними та інфекційними процесами. Для імітації запалення була відтворена модель гострого токсичного тетрахлорметанового гепатиту за методом О. В. Стефанова. Дослідження проведено на базі лабораторії медико-біологічних досліджень Навчально-наукового інституту прикладної фармації Національного фармацевтичного університету.

Результати. Розроблено та охарактеризовано безреагентний амперометричний біосенсор холіну з використанням ферменту холіноксидази з Arthrobacter globiformis (ChOx). Біосенсор показав швидкий відгук, відповідну стабільність і чутливість до холіну при дії в модельних і реальних біологічних середовищах. Оскільки холін є продуктом реакцій, що каталізуються естеразами, активність естераз можна оцінити за вивільненням холіну. У цьому дослідженні виявлено, що у зразках моделі гострого токсичного тетрахлорметанового гепатиту спостерігається підвищена концентрація холіну порівняно з контрольними тваринами.

Висновки. Біосенсор на основі ChOx є надійним інструментом для моніторингу холіну в біологічних середовищах, таких як сироватка крові. Активність естераз можна оцінити за вивільненням холіну. Отже, вимірювання активності естераз за допомогою біосенсорів холінового типу можуть слугувати біомаркерами для оцінки динаміки запалення при гепатитах.

Це також є актуальним для вивчення фармакологічної дії препаратів з очікуваним протизапальним ефектом

Біографії авторів

Julija Razumiene, Vilnius University

PhD, Chief Researcher

Institute of Biochemistry, Life Sciences Center

Vidute Gureviciene, Vilnius University

Master Degree in Biophysics, Biochemist

Institute of Biochemistry, Life Sciences Center

Ieva Sakinyte-Urbikiene, Vilnius University

PhD, Researcher

Institute of Biochemistry, Life Sciences Center

Любов Валеріївна Галузінська, Національний фармацевтичний університет

Кандидат фармацевтичних наук, доцент, провідний науковий співробітник

Кафедра клінічної лабораторної діагностики, мікробіології та біологічної хімії

Ігор Валерійович Сенюк, Національний фармацевтичний університет

Кандидат фармацевтичних наук, доцент

Кафедра клінічної лабораторної діагностики, мікробіології та біологічної хімії

Віра Миколаївна Кравченко, Національний фармацевтичний університет

Доктор біологічних наук, професор

Кафедра клінічної лабораторної діагностики, мікробіології та біологічної хімії

Дмитро Віталійович Литкін, Національний фармацевтичний університет

Кандидат біологічних наук

Навчально-науковий інститут прикладної фармації

Посилання

  1. Alemany, M. (2024). The Metabolic Syndrome, a Human Disease. International Journal of Molecular Sciences, 25 (4), 2251. https://doi.org/10.3390/ijms25042251
  2. Khan, S., Mahgoub, S., Fallatah, N., Lalor, P. F., Newsome, P. N. (2023). Liver Disease and Cell Therapy: Advances Made and Remaining Challenges. Stem Cells, 41 (8), 739–761. https://doi.org/10.1093/stmcls/sxad029
  3. Hassan, G. S., Flores Molina, M., Shoukry, N. H. (2023). The multifaceted role of macrophages during acute liver injury. Frontiers in Immunology, 14. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1237042
  4. Michalik, M., Gładyś, A., Czekaj, P. (2020). Differentiation of Cells Isolated from Afterbirth Tissues into Hepatocyte-Like Cells and Their Potential Clinical Application in Liver Regeneration. Stem Cell Reviews and Reports, 17 (2), 581–603. https://doi.org/10.1007/s12015-020-10045-2
  5. Lam, L., Ilies, M. A. (2022). Evaluation of the Impact of Esterases and Lipases from the Circulatory System against Substrates of Different Lipophilicity. International Journal of Molecular Sciences, 23 (3), 1262. https://doi.org/10.3390/ijms23031262
  6. Rossaint, J., Margraf, A. (2020). Inflammation und perioperative Organdysfunktion. Der Anaesthesist, 70 (1), 83–92. https://doi.org/10.1007/s00101-020-00886-4
  7. Sreedhar, R., Watanabe, K., Arumugam, S. (2017). General Mechanisms of Immunity and Inflammation. Japanese Kampo Medicines for the Treatment of Common Diseases: Focus on Inflammation, 23–31. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809398-6.00003-2
  8. Rossaint, J., Margraf, A., Zarbock, A. (2019). Perioperative Inflammation. Der Anaesthesist, 68 (7), 421–427. https://doi.org/10.1007/s00101-019-0596-9
  9. Macovei, L. A., Birsan, M., Teodor, V. I., Cristofor, A. C., Ioanid, N., Rezus, E. (2017). On the Role of Chemical and Molecular Biology in Inflammation Research. Revista de Chimie, 68 (4), 786–788. https://doi.org/10.37358/rc.17.4.5553
  10. La Rosa, S. L., Lindstad, L. J., Westereng, B. (2023). Carbohydrate esterases involved in deacetylation of food components by the human gut microbiota. Essays in Biochemistry, 67 (3), 443–454. https://doi.org/10.1042/ebc20220161
  11. Ukegawa, T., Komatsu, T., Minoda, M., Matsumoto, T., Iwasaka, T., Mizuno, T. et al. (2023). Thioester‐Based Coupled Fluorogenic Assays in Microdevice for the Detection of Single‐Molecule Enzyme Activities of Esterases with Specified Substrate Recognition. Advanced Science, 11 (10). https://doi.org/10.1002/advs.202306559
  12. Petri, Y. D., Verresen, R., Gutierrez, C. S., Kojasoy, V., Zhang, E., Abularrage, N. S. et al. (2024). Mammalian Esterase Activity: Implications for Peptide Prodrugs. Biochemistry, 63 (20), 2580–2593. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.4c00446
  13. Fu, Q., Wang, Y., Yan, C., Xiang, Y. K. (2024). Phosphodiesterase in heart and vessels: from physiology to diseases. Physiological Reviews, 104 (2), 765–834. https://doi.org/10.1152/physrev.00015.2023
  14. Kilanowska, A., Ziółkowska, A. (2020). Role of Phosphodiesterase in the Biology and Pathology of Diabetes. International Journal of Molecular Sciences, 21 (21), 8244. https://doi.org/10.3390/ijms21218244
  15. Sekaran, S., Vimalraj, S., Thangavelu, L. (2021). The Physiological and Pathological Role of Tissue Nonspecific Alkaline Phosphatase beyond Mineralization. Biomolecules, 11 (11), 1564. https://doi.org/10.3390/biom11111564
  16. Haarhaus, M., Cianciolo, G., Barbuto, S., La Manna, G., Gasperoni, L., Tripepi, G. et al. (2022). Alkaline Phosphatase: An Old Friend as Treatment Target for Cardiovascular and Mineral Bone Disorders in Chronic Kidney Disease. Nutrients, 14 (10), 2124. https://doi.org/10.3390/nu14102124
  17. Borza, R., Salgado-Polo, F., Moolenaar, W. H., Perrakis, A. (2022). Structure and function of the ecto-nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase (ENPP) family: Tidying up diversity. Journal of Biological Chemistry, 298 (2), 101526. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2021.101526
  18. Jo, M., Knapp, M., Boggs, D. G., Brimberry, M., Donnan, P. H., Bridwell-Rabb, J. (2023). A structure-function analysis of chlorophyllase reveals a mechanism for activity regulation dependent on disulfide bonds. Journal of Biological Chemistry, 299 (3), 102958. https://doi.org/10.1016/j.jbc.2023.102958
  19. Ahmed, A. I., Abou-Taleb, K. A. A., Abd-Elhalim, B. T. (2023). Characterization and application of tannase and gallic acid produced by co-fungi of Aspergillus niger and Trichoderma viride utilizing agro-residues substrates. Scientific Reports, 13 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-023-43955-5
  20. Hubbard, R. E., O’Mahony, M. S., Calver, B. L., Woodhouse, K. W. (2008). Plasma esterases and inflammation in ageing and frailty. European Journal of Clinical Pharmacology, 64 (9), 895–900. https://doi.org/10.1007/s00228-008-0499-1
  21. De Boer, D., Nguyen, N., Mao, J., Moore, J., Sorin, E. J. (2021). A Comprehensive Review of Cholinesterase Modeling and Simulation. Biomolecules, 11 (4), 580. https://doi.org/10.3390/biom11040580
  22. Efremenko, E., Maslova, O., Stepanov, N., Ismailov, A. (2021). Using Cholinesterases and Immobilized Luminescent Photobacteria for the Express-Analysis of Mycotoxins and Estimating the Efficiency of Their Enzymatic Hydrolysis. Toxins, 13 (1), 34. https://doi.org/10.3390/toxins13010034
  23. Břízová, A., Pitschmann, V. (2023). Simple Chemical and Cholinesterase Methods for the Detection of Nerve Agents Using Optical Evaluation. Biosensors, 13 (12), 995. https://doi.org/10.3390/bios13120995
  24. Garmavy, H. M. S., Mohammed, A. A., Rashid, H. M., Mohammad, F. K. (2023). A meta-analysis of normal human blood cholinesterase activities determined by a modified electrometric method. Journal of Medicine and Life, 16 (1), 22–34. https://doi.org/10.25122/jml-2022-0215
  25. Pradhan, B., Pandey, S., Niroula, A., Adhikari, N., Chapagain, N., Pradhan, S. (2023). Mean Cholinesterase Level among Organophosphorus Poisoning Patients Visiting the Emergency Department in a Tertiary Care Centre: A Descriptive Cross-sectional Study. Journal of Nepal Medical Association, 61 (257), 72–75. https://doi.org/10.31729/jnma.7983
  26. Danaei, G.-H., Amali, A., Karami, M., Khorrami, M.-B., Riahi-Zanjani, B., Sadeghi, M. (2022). The significance of thymoquinone administration on liver toxicity of diazinon and cholinesterase activity; a recommendation for prophylaxis among individuals at risk. BMC Complementary Medicine and Therapies, 22 (1). https://doi.org/10.1186/s12906-022-03806-8
  27. Bernhard, W., Raith, M., Shunova, A., Lorenz, S., Böckmann, K., Minarski, M. et al. (2022). Choline Kinetics in Neonatal Liver, Brain and Lung –Lessons from a Rodent Model for Neonatal Care. Nutrients, 14 (3), 720. https://doi.org/10.3390/nu14030720
  28. Arshad, U., Zenobi, M. G., Tribulo, P., Staples, C. R., Santos, J. E. P. (2023). Dose-dependent effects of rumen-protected choline on hepatic metabolism during induction of fatty liver in dry pregnant dairy cows. PLOS ONE, 18 (10), e0290562. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0290562
  29. Sánchez, V., Baumann, A., Kromm, F., Yergaliyev, T., Brandt, A., Scholda, J. et al. (2024). Oral supplementation of choline attenuates the development of alcohol-related liver disease (ALD). Molecular Medicine, 30 (1). https://doi.org/10.1186/s10020-024-00950-4
  30. Kansakar, U., Trimarco, V., Mone, P., Varzideh, F., Lombardi, A., Santulli, G. (2023). Choline supplements: An update. Frontiers in Endocrinology, 14. https://doi.org/10.3389/fendo.2023.1148166
  31. Abou-Hatab, K., Ganeshalingam, K., O’Mahony, M. S., Giurani, F., Patel, S., Woodhouse, K. (2001). The effect of community-acquired pneumonia on plasma esterases in older people. European Journal of Clinical Pharmacology, 57 (1), 55–60. https://doi.org/10.1007/s002280000259
  32. Razumiene, J., Leo, D., Gureviciene, V., Ratautas, D., Gaidukevic, J., Sakinyte-Urbikiene, I. (2023). L-Glutamate Biosensor for In Vitro Investigations: Application in Brain Extracts. Chemosensors, 11 (8), 418. https://doi.org/10.3390/chemosensors11080418
  33. Makaras, T., Razumienė, J., Gurevičienė, V., Sauliutė, G., Stankevičiūtė, M. (2022). Technical suitability and reliability of an in vivo and non-invasive biosensor-type glucose assessment as a potential biomarker for multiple stressors in fishes: an evaluation on Salmonids. Environmental Science and Pollution Research, 29 (27), 41187–41206. https://doi.org/10.1007/s11356-022-18546-y
  34. Stefanov, O. V. (2001). Doklinichni doslidzhennia likarskykh zasobiv. Kyiv: Avicena, 528.
  35. Kozhemiakin, Yu. M., Khromov, O. S., Filonenko, M. A., Saifetdinova, H. A. (2002). Naukovo-praktychni rekomendatsii z utrymannia laboratornykh tvaryn ta roboty z nymy. Kyiv: Vyd. dim «Avitsena», 153–155.
  36. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes. (Text with EEA relevance) (2010). Official Journal of the European Union, L 276, 33–79.
  37. Tamanoi, F. (2022). The enzymes second edition part 2. DNA Damage and Double Strand Breaks – Part B, 45–79. https://doi.org/10.1016/bs.enz.2022.10.005
  38. Liu, Y., Zhang, J., Lu, X., Zhang, G.-R., Qi, K., Bai, Y., Qi, W. (2022). Highly efficient electroreduction of oxygen to hydrogen peroxide on carbon catalyst via electrode-electrolyte interface engineering. Chemical Engineering Journal, 444, 136665. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136665
  39. Sui, W., Li, W., Zhang, Z., Wu, W., Xu, Z., Wang, Y. (2023). Efficient and durable electrochemical oxygen reduction to H2O2 in acidic media assisted through catalyst layer design. Journal of Power Sources, 556, 232438. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.232438
  40. Andani, A., Mellou, K., Dewda, P., Eeuwijk, J., Kassianos, G., Van Damme, P., Steffen, R. (2024). Evolution and Impact of Hepatitis a Epidemiology in Europe – Systematic Literature Review of the Last 20 Years. Journal of Viral Hepatitis, 32 (1). https://doi.org/10.1111/jvh.14030
Моніторинг холіну для оцінки запального гепатиту

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-26

Як цитувати

Razumiene, J., Gureviciene, V., Sakinyte-Urbikiene, I., Галузінська, Л. В., Сенюк, І. В., Кравченко, В. М., & Литкін, Д. В. (2024). Моніторинг холіну для оцінки запального гепатиту. ScienceRise: Biological Science, (4 (41), 4–10. https://doi.org/10.15587/2519-8025.2024.325058

Номер

№ 4 (41) (2024)

Розділ

Біологічні дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Julija Razumiene, Vidute Gureviciene, Ieva Sakinyte-Urbikiene, Liubov Galuzinska, Igor Seniuk, Vira Kravchenko, Dmytro Lytkin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу. 

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.