Казанский (Приволжский) федеральный университет

Секретируемые щелочные рибонуклеазы микромицетов

В.В. Ульянова, П.Ю. Ваньков, П.В. Зеленихин, Р. Шах Махмуд, А.И. Колпаков, О.Н. Ильинская

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2020.3.335-349

Для цитирования: Ульянова В.В., Ваньков П.Ю., Зеленихин П.В., Шах Махмуд Р., Колпаков А.И., Ильинская О.Н. Секретируемые щелочные рибонуклеазы микромицетов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2020. – Т. 162, кн. 3. – С. 335–349. – doi: 10.26907/2542-064X.2020.3.335-349.

For citation: Ulyanova V.V., Vankov P.Yu., Zelenikhin P.V., Shah Mahmud R., Kolpakov A.I., Ilinskaya O.N. Secreted alkaline ribonucleases of micromycetes. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2020, vol. 162, no. 3, pp. 335–349. doi: 10.26907/2542-064X.2020.3.335-349. (In Russian)

Аннотация

Многие рибонуклеазы (РНКазы) обладают избирательным цитотоксическим действием по отношению к опухолевым клеткам. Особый интерес представляют ферменты, филогенетически далекие от РНКаз млекопитающих, такие как РНКазы амфибий, грибов и бактерий, нечувствительные к действию ингибитора РНКаз млекопитающих. В настоящей работе проведен скрининг 15 изолятов микромицетов на наличие секретируемой щелочной рибонуклеазы. Наибольшей рибонуклеолитической активностью обладали 7 изолятов, самый активный из которых на основе филогенетического анализа был определен как Fusarium sporotrichioides. Максимальный уровень активности (19000 ед./мл) в культуральной жидкости F. sporotrichioides был зарегистрирован на третьи сутки роста гриба. Полученные данные о термостабильности секретируемой РНКазы F. sporotrichioides, ее молекулярного веса (11 кДа) и биосинтезе на среде с низким содержанием фосфата позволяют полагать, что фермент относится к семейству РНКаз Т1/N1/U2. Культуральная жидкость F. sporotrichioides, выращенного на дефицитной по фосфату среде, снижала жизнеспособность клеток аденокарциномы легкого человека А549 на 16.3%; при росте микромицета на среде с высоким содержанием фосфата токсичность культуральной жидкости не обнаружена. Таким образом, в цитотоксичность вносит вклад секретируемая РНКаза. Всестороннее изучение свойств новой РНКазы поможет установить механизмы ее цитотоксичности и обозначить области применения фермента.

Ключевые слова: микромицеты, Fusarium, рибонуклеаза, термостабильность, цитотоксичность, клетки аденокарциномы легких А549

Благодарности. Авторы благодарны кандидату биологических наук, доценту кафедры микробиологии КФУ Яковлевой Галине Юрьевне за предоставленные для работы штаммы микромицетов.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 17-00-00060 (КОМФИ)), также за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.

Литература

Kao R., Davies J. Single amino acid substitutions affecting the specificity of the fungal ribotoxin mitogillin // FEBS Lett. – 2000. – V. 466, No 1. – P. 87–90. – doi: 10.1016/s0014-5793(99)01753-6.
Olombrada M., Martínez-del-Pozo A., Medina P., Budia F., Gavilanes J.G., García-Ortega L. Fungal ribotoxins: Natural protein-based weapons against insects // Toxicon. – 2014. – V. 83. – P. 69–74. – doi: 10.1016/j.toxicon.2014.02.022.
Olombrada M., Lázaro-Gorines R., López-Rodríguez J.C., Martínez-Del-Pozo Á., Oñaderra M., Maestro-López M., Lacadena J., Gavilanes J.G., García-Ortega L. Fungal ribotoxins: A review of potential biotechnological applications // Toxins (Basel). – 2017. – V. 9, No 2. – Art. 71, P. 1–21. – doi: 10.3390/toxins9020071.
Lacadena J., Alvarez-García E., Carreras-Sangrà N., Herrero-Galán E., Alegre-Cebollada J., García-Ortega L., Oñaderra M., Gavilanes J.G., Martínez del Pozo A. Fungal ribotoxins: Molecular dissection of a family of natural killers // FEMS Microbiol. Rev. – 2007. – V. 31, No 2. – P. 212–237. – doi: 10.1111/j.1574-6976.2006.00063.x.
Inokuchi N., Koyama T., Sawada F., Irie M. Purification, some properties, and primary structure of base non-specific ribonucleases from Physarum polycephalum // J. Biochem. – 1993. – V. 113, No 4. – P. 425–432. – doi: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a124062.
D’Alessio G., Riordan J.F. (eds.) Ribonucleases: Structures and Functions. – San Diego: Acad. Press, 1997. – 670 p.
Yakovlev G.I, Karpeisky M.Y., Bezborodova S.I., Beletskaja O.P., Sakharovsky V.G. Guanyl-specific ribonuclease from the fungus Penicillium chrysogenum strain 152 and its complex with guanosine 3'-phosphate studied by nuclear magnetic resonance // Eur. J. Biochem. – 1980. – V. 109, No 1. – P. 75–85. – doi: 10.1111/j.1432-1033.1980.tb04769.x.
Makarov A.A., Kolchinsky A., Ilinskaya O.N. Binase and other RNases as potential anticancer agents // BioEssays. – 2008. – V. 30, No 8. – P. 781–790. – doi: 10.1002/bies.20789.
Cabrera-Fuentes H.A., Aslam M., Saffarzadeh M., Kolpakov A., Zelenikhin P., Preissner K.T., Ilinskaya O.N. Internalization of Bacillus intermedius ribonuclease (BINASE) induces human alveolar adenocarcinoma cell death // Toxicon. – 2013. – V. 69. – P. 219–226. – doi: 10.1016/j.toxicon.2013.03.015.
Ilinskaya O.N., Singh I., Dudkina E., Ulyanova V., Kayumov A., Barreto G. Direct inhibition of oncogenic KRAS by Bacillus pumilus ribonuclease (binase) // Biochim. Biophys. Acta – Mol. Cell Res. – 2016. – V. 1863, No 7, Pt. A. – P. 1559–1567. – doi: 10.1016/j.bbamcr.2016.04.005.
Shah Mahmud R., Ilinskaya O.N. Antiviral activity of binase against the pandemic influenza A (H1N1) virus // Acta Nat. – 2013. – V. 5, No 4. – P. 44–51. – doi: 10.32607/20758251-2013-5-4-44-51.
Shah Mahmud R., Müller C., Romanova Y., Mostafa A., Ulyanova V., Pleschka S., Ilinskaya O. Ribonuclease from Bacillus acts as an antiviral agent against negative- and positive-sense single stranded human respiratory RNA viruses // Biomed. Res. Int. – 2017. – V. 2017. – Art. 5279065, P. 1–11. – doi: 10.1155/2017/5279065.
Ilinskaya O.N., Zelenikhin P.V., Petrushanko I.Yu., Mitkevich V.A., Prassolov V.S., Makarov A.A. Binase induces apoptosis of transformed myeloid cells and does not induce T-cell immune response // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2007. – V. 361, No 4. – P. 1000–1005. – doi: 10.1016/j.bbrc.2007.07.143.
Ежов В.А., Санцевич Н.И., Безбородова С.И. Влияние ортофосфата на биосинтез внеклеточных фосфогидролаз Penicillium brevicompactum // Микробиология. – 1976. – Т. 45, № 2. – P. 253–258.
Колпаков А.И., Ильинская О.Н. Оптимизация метода определения активности РНКазы с использованием высокополимерной РНК // Клиническая лабораторная диагностика. – 1999. – № 5. – С. 14–16.
Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 // Nature. – 1970. – V. 227. – P. 680–685. – doi: 10.1038/227680a0.
Hasunuma K., Ishikowa T. Control of the production and partial characterization of repressible extracellular 5'-nucleotidase and alkaline phosphatase in Neurospora crassa // Biochim. Biophys. Acta. – Enzymol. – 1977. – V. 480, No 1. – P. 178–193. – doi: 10.1016/0005-2744(77)90332-1.
Yuki S., Kondo Y., Kato F., Kato M., Matsuo N. Noncytotoxic ribonuclease, RNase T1, induces tumor cell death via hemagglutinating virus of Japan envelope vector // Eur. J. Biochem. – 2004. – V. 271, No 17. – P. 3567–3572. – doi: 10.1111/j.0014-2956.2004.04293.x.
Shliapnikov S.V., Bezborodova S.I., Chepurnova N.K., Dement’ev A.A. A new isoform of intracellular RNAase of Fl2 Fusarium lateritium. Characteristics and determining the primary structure // Dokl. Akad. Nauk SSSR. – 1989. – V. 30, No 6. – Р. 1496–1499.
Vassylyev D.G., Katayanagi K., Ishikawa K., Tsujimoto-Hirano M., Danno M., Pähler A., Matsumoto O., Matsushima M., Yoshida H., Morikawa K. Crystal structures of ribonuclease F1 of Fusarium moniliforme in its free form and in complex with 2'GMP // J. Mol. Biol. – 1993. – V. 230, No 3. – P. 979–996. – doi: 10.1006/jmbi.1993.1214.
Takeuchi H., Harada I., Yoshida H. Raman spectroscopic study on the structure of ribonuclease F₁ and the binding mode of inhibitor // Biochim. Biophys. Acta. . – Protein Struct. Mol. Enzymol. – 1991. – V. 1078, No 3. – P. 307–312. – doi: 10.1016/0167-4838(91)90148-s.
Sokurenko Y., Nadyrova A., Ulyanova V., Ilinskaya O. Extracellular ribonuclease from Bacillus licheniformis (Balifase), a new member of the N1/T1 RNase superfamily // BioMed Res. Int. – 2016. – V. 2016. – Art. 4239375, P. 1–9. – doi: 10.1155/2016/4239375.
Dudkina E., Ulyanova V., Shah Mahmud R., Khodzhaeva V., Dao L., Vershinina V., Kolpakov A., Ilinskaya O. Three-step procedure for preparation of pure Bacillus altitudinis ribonuclease // FEBS Open Bio. – 2016. – V. 6, No 1. – P. 24–32. – doi: 10.1002/2211-5463.12023.
Makarov A.A. Ilinskaya O.N. Cytotoxic ribonucleases: Molecular weapons and their targets (review) // FEBS Lett. – 2003. – V. 540, No 1–3. – P. 15–20. – doi: 10.1016/s0014-5793(03)00225-4.

Поступила в редакцию

08.04.2019

Ульянова Вера Владимировна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИЛ OpenLab Маркеры патогенеза

Казанский (Приволжский) федеральный университет