БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 4, с. 587–597

УДК 576

Уабаин и маринобуфагенин: возможныe физиологические эффекты на клетки эпителия и эндотелия человека

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119234 Москва, Россия; электронная почта: klimanova.ea@yandex.ru

Поступила в редакцию 19.12.2019
После доработки 18.02.2020
Принята к публикации 18.02.2020

DOI: 10.31857/S0320972520040119

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: уабаин, маринобуфагенин, Na,K-ATPаза, соотношение [Na⁺]_i/[K⁺]_i, эпителий, эндотелий.

Аннотация

Продолжительные исследования, направленные на поиск эндогенных ингибиторов Na,K-ATPазы в тканях млекопитающих, привели к идентификации в биологических жидкостях уабаина, маринобуфагенина (МБГ) и других кардиотонических стероидов (КТС). Известно, что продукция уабаина и МБГ увеличивается при гипертонической болезни и других заболеваниях, сопровождающихся гиперволемией. Был проведен сравнительный анализ действия этих двух КТС на активность Na,K-ATPазы, измеренную по транспорту Na⁺, K⁺ и Rb⁺, пролиферацию и гибель клеток почечного эпителия (HREC) и эндотелия пупочной вены человека (HUVEC), экспрессирующих a1-Na,K-ATPазу. Концентрация уабаина, обеспечивающая полумаксимальное ингибирование входа Rb⁺ (IC₅₀) в HREC и HUVEC, составляла 0,07 мкМ. В обоих типах клеток IC₅₀ для МБГ было на порядок выше, чем для уабаина. Инкубация HREC и HUVEC c уабаином в диапазоне концентраций 1–10 нМ в течение 30 ч приводила к росту включения [³H]-тимидина в ДНК до 40%, при этом увеличение концентрации уабаина до 0,1 мкМ полностью ингибировало синтез ДНК. МБГ в концентрации 0,1 мкМ активировал синтез ДНК на 25% в HREC, но не в HUVEC; 1 мкМ МБГ полностью подавлял синтез ДНК в HREC и на 50% – в HUVEC. В отличие от HREC, инкубация HUVEC в бессывороточной среде провоцировала апоптоз, который практически полностью подавлялся уабаином и МБГ в концентрациях 0,1 и 3 мкМ соответственно. Суммируя эти данные, можно сделать два основных заключения: 1) эффекты МБГ в концентрациях, детектируемых в плазме крови (< 10 нМ), на HREC и HUVEC не опосредованы изменением соотношения [Na⁺]_i/[K⁺]_i; 2) влияние уабаина в физиологическом диапазоне концентраций на эти клетки связано, скорее всего, с активацией Na,K-ATPазы, что приводит к клеточной пролиферации.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 18-34-00344).

Благодарности

Мы выражаем глубокую признательность профессору А.Я. Багрову (Санкт-Петербург, Россия) за любезно предоставленный маринобуфагенин.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая работа не содержит каких-либо исследований, в которых были использованы в качестве объектов люди и животные.

Список литературы

1. Krikler, D. M. (1985) The foxglove, “the old woman from Shropshire” and William Withering, J. Am. Coll. Cardiol., 5, 3-9, doi: 10.1016/s0735-1097(85)80457-5.

2. Krenn, L., and Kopp, B. (1998) Bufadienolides from animal and plant sources, Phytochemistry, 48, 1-29, doi: 10.1016/s0031-9422(97)00426-3.

3. Schatzmann, H. J. (1953) Cardiac glycosides as inhibitors of active potassium and sodium transport by erythrocyte membrane, Helv. Physiol. Pharmacol. Acta, 11, 346-354.

4. Skou, J. Chr. (1960) Further investigations on a Mg⁺⁺ Na⁺-activated adenosintriphosphatase, possibly related to the active, linked transport of Na⁺ and K⁺ across the nerve membrane, Biochim. Biophys. Acta, 42, 6-23, doi: 10.1016/0006-3002(60)90746-0.

5. Skou, J. Chr. (1957) The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves, Biochim. Biophys. Acta, 23, 394-401.

6. Szent-Györgyi, A. (1953) Chemical physiology of contraction in body and heart muscle, Science, 119, 803, doi: 10.1126/science.119.3101.803.

7. Khalaf, F. K., Dube, P., Mohamed, A., Tian, J., Malhotra, D., Haller, S. T., and Kennedy, D. J. (2018) Cardiotonic steroids and the sodium trade balance: new insights into trade-off mechanisms mediated by the Na⁺/K⁺-ATPase, Int. J. Mol. Sci., 19, 2576, doi: 10.3390/ijms19092576.

8. Blanco, G., and Mercer, R. W. (1998) Isozymes of the Na-K-ATPase: heterogeneity in structure, diversity in function, Am. J. Physiol., 275, 633-650, doi: 10.1152/ajprenal.1998.275.5.F633.

9. Therien, A. G. and Blostein, R. (2000) Mechanisms of sodium pump regulation, Am. J. Physiol., 279, 541-566, doi: 10.1152/ajpcell.2000.279.3.C541.

10. Rajasekaran, S. A., Gopal, J., Willis, D., Espineda, C., Twiss, J. L., and Rajasekaran, A. K. (2004) Na,K-ATPase β1-subunit increases the translation efficiency of the α1-subunit in MSV-MDCK cells, Mol. Biol. Cell, 15, 3224-3232, doi: 10.1091/mbc.E04-03-0222.

11. Herrera, V. L., Emanuel, J. R., Ruiz-Opazo, N., Levenson, R., and Nadal-Ginard, B. (1987) Three differentially expressed Na, K-ATPase alpha subunit isoforms: structural and functional implications, J. Cell Biol., 105, 1855-1865, doi: 10.1083/jcb.105.4.1855.

12. Dmitrieva, R. I., and Doris, P. A. (2003) Ouabain is a potent promoter of growth and activator of ERK1/2 in ouabain-resistant rat renal epithelial cells, J. Biol. Chem., 278, 28160-28166, doi: 10.1074/jbc.M303768200.

13. Pierre, S., Compe, E., Grillasca, J. P., Plannells, R., Sampol, J., Pressley, T. A., and Maixent, J. M. (2001) RT-PCR detection of Na,K-ATPase subunit isoforms in human umbilical vein endothelial cells (HUVEC): evidence for the presence of alpha1 and beta3, Cell. Mol. Biol., 47, 319-324.

14. Zahler, R., Sun, W., Ardito, T., and Kashgarian, M. (1996) Na-K-ATPase alpha-isoform expression in heart and vascular endothelia: cellular and developmental regulation, Am. J. Physiol., 270, 361-371, doi: 10.1152/ajpcell.1996.270.1.C361.

15. Orlov, S. N., Klimanova, E. A., Tverskoi, A. M., Vladychenskaya, E. A., Smolyaninova, L. V., and Lopina, O. D. (2017) Na⁺i,K⁺i-dependent and -independent signaling triggered by cardiotonic steroids: facts and artifacts., Mol. Basel Switz., 22, 635, doi: 10.3390/molecules22040635.

16. Riganti, C., Campia, I., Kopecka, J., Gazzano, E., Doublier, S., Aldieri, E., Bosia, A., and Ghigo, D. (2011) Pleiotropic effects of cardioactive glycosides, Curr. Med. Chem., 18, 872-885, doi: 10.2174/092986711794927685.

17. Dvela, M., Rosen, H., Feldmann, T., Nesher, M., and Lichtstein, D. (2007) Diverse biological responses to different cardiotonic steroids, Pathophysiology, 14, 159-166, doi: 10.1016/j.pathophys.2007.09.011.

18. Katz, A., Lifshitz, Y., Bab-Dinitz, E., Kapri-Pardes, E., Goldshleger, R., Tal, D. M., and Karlish, S. J. D. (2010) Selectivity of digitalis glycosides for isoforms of human Na,K-ATPase, J. Biol. Chem., 285, 19582-19592, doi: 10.1074/jbc.M110.119248.

19. Тверской А. М., Локтева В. А., Орлов С. Н., Лопина О. Д. (2019) Изменение конформации резистентной и чувствительной к кардиотоническим стероидам α1-Na,K-ATPазы при связывании уабаина, дигоксина и маринобуфагенина, Рецепторы и внутриклеточная сигнализация, 1, 181-185.

20. Reich, H., Tritchler, D., Herzenberg, A. M., Kassiri, Z., Zhou, X., Gao, W., and Scholey, J. W. (2005) Albumin activates ERK via EGF receptor in human renal epithelial cells, J. Am. Soc. Nephrol., 16, 1266-1278, doi: 10.1681/ASN.2004030222.

21. Hartree, E. F. (1972) Determination of protein: a modification of the Lowry method that gives a linear photometric response, Anal. Biochem., 48, 422-427, doi: 10.1016/0003-2697(72)90094-2.

22. Orlov, S. N., Thorin-Trescases, N., Kotelevtsev, S. V., Tremblay, J., and Hamet, P. (1999) Inversion of the intracellular Na⁺/K⁺ ratio blocks apoptosis in vascular smooth muscle at a site upstream of caspase-3, J. Biol. Chem., 274, 16545-16552, doi: 10.1074/jbc.274.23.16545.

23. Pchejetski, D., Taurin, S., Der Sarkissian, S., Lopina, O. D., Pshezhetsky, A. V., Tremblay, J., deBlois, D., Hamet, P., and Orlov, S. N. (2003) Inhibition of Na⁺,K⁺-ATPase by ouabain triggers epithelial cell death independently of inversion of the [Na+]i/[K+]i ratio, Biochem. Biophys. Res. Commun., 301, 735-744, doi: 10.1016/s0006-291x(02)03002-4.

24. Shiyan, A. A., Sidorenko, S. V., Fedorov, D., Klimanova, E. A., Smolyaninova, L. V., Kapilevich, L. V., Grygorczyk, R., and Orlov, S. N. (2019) Elevation of intracellular Na⁺ contributes to expression of early response genes triggered by endothelial cell shrinkage, |Cell. Physiol. Biochem., 53, 638-647, doi: 10.33594/000000162.

25. Wickham, H. (2009) Ggplot2: elegant graphics for data analysis, 2nd edn., Springer Publishing Company, Incorporated.

26. Akimova, O. A., Hamet, P., and Orlov, S. N. (2007) [Na+]i/[K+]i-independent death of ouabain-treated renal epithelial cells is not mediated by Na⁺,K⁺-ATPase internalization and de novo gene expression, Pflüg. Arch. Eur. J. Physiol., 455, 711, doi: 10.1007/s00424-007-0283-6.

27. Palmer, R. F., Lasseter, K. C., and Melvin, S. L. (1966) Stimulation of Na⁺ and K⁺ dependent adenosine triphosphatase by ouabain, Arch. Biochem. Biophys., 113, 629-633, doi: 10.1016/0003-9861(66)90240-2.

28. Godfraind, T., and Ghysel-Burton, J. (1977) Binding sites related to ouabain-induced stimulation or inhibition of the sodium pump, Nature, 265, 165, doi: 10.1038/265165a0.

29. Klimanova, E. A., Petrushanko, I. Y., Mitkevich, V. A., Anashkina, A. A., Orlov, S. N., Makarov, A.A., and Lopina, O. D. (2015) Binding of ouabain and marinobufagenin leads to different structural changes in Na,K-ATPase and depends on the enzyme conformation, FEBS Lett., 589, 2668-2674, doi: 10.1016/j.febslet.2015.08.011.

30. Aydemir-Koksoy, A., Abramowitz, J., and Allen, J. C. (2001) Ouabain-induced signaling and vascular smooth muscle cell proliferation, J. Biol. Chem., 276, 46605-46611, doi: 10.1074/jbc.M106178200.

31. Abramowitz, J., Dai, C., Hirschi, K., Dmitrieva, R. I., Doris, P. A., Liu, L., and Allen, J. C. (2003) Ouabain- and marinobufagenin-induced proliferation of human umbilical vein smooth muscle cells and a rat vascular smooth muscle cell line, A7r5, Circulation, 108, 3048-3053, doi: 10.1161/01.CIR.0000101919.00548.86.

32. Li, M., Wang, Q., and Guan, L. (2007) Effects of ouabain on proliferation, intracellular free calcium and c-myc mRNA expression in vascular smooth muscle cells, J. Comp. Physiol., 177, 589-595, doi: 10.1007/s00360-007-0157-4.

33. Chueh, S. C., Guh, J. H., Chen, J., Lai, M. K., and Teng, C. M. (2001) Dual effects of ouabain on the regulation of proliferation and apoptosis in human prostatic smooth muscle cells, J. Urol., 166, 347-353, doi: 10.1016/S0022-5347(05)66157-5.

34. Khundmiri, S. J., Metzler, M. A., Ameen, M., Amin, V., Rane, M. J. and Delamere, N. A. (2006) Ouabain induces cell proliferation through calcium-dependent phosphorylation of Akt (protein kinase B) in opossum kidney proximal tubule cells, Am. J. Physiol. Cell Physiol., 291, 1247-1257, doi: 10.1152/ajpcell.00593.2005.

35. Saunders, R. and Scheiner-Bobis, G. (2004) Ouabain stimulates endothelin release and expression in human endothelial cells without inhibiting the sodium pump, Eur. J. Biochem., 271, 1054-1062, doi: 10.1111/j.1432-1033.2004.04012.x.

36. Qiu, J., Gao, H.-Q., Zhou, R.-H., Liang, Y., Zhang, X.-H., Wang, X.-P., You, B.-A., and Cheng, M. (2007) Proteomics analysis of the proliferative effect of low-dose ouabain on human endothelial cells., Biol. Pharm. Bull., 30, 247-253, doi: 10.1248/bpb.30.247.

37. Tverskoi, A. M., Sidorenko, S. V., Klimanova, E. A., Akimova, O. A., Smolyaninova, L. V., Lopina, O. D., and Orlov, S. N. (2016) Effects of ouabain on proliferation of human endothelial cells correlate with Na⁺,K⁺-ATPase activity and intracellular ratio of Na⁺ and K, Biochemistry (Moscow), 81, 876-883, doi: 10.1134/S0006297916080083.

38. Bolivar, J. J., Lazaro, A., Fernandez, S., Stefani, E., Pena-Cruz, V., Lechene, C., and Cereijido, M. (1987) Rescue of a wild-type MDCK cell by a ouabain-resistant mutant, Am. J. Physiol. Cell Physiol., 253, 151-161, doi: 10.1152/ajpcell.1987.253.1.C151.

39. Orlov, S. N., Thorin-Trescases, N., Pchejetski, D., Taurin, S., Farhat, N., Tremblay, J., Thorin, E., and Hamet, P. (2004) Na⁺/K⁺ pump and endothelial cell survival: [Na+]i/[K+]i-independent necrosis triggered by ouabain, and protection against apoptosis mediated by elevation of [Na+]i, Pflüg. Arch., 448, 335-345, doi: 10.1007/s00424-004-1262-9.

40. Orlov, S. N., and Hamet, P. (2005) Apoptosis vs. oncosis: role of cell volume and intracellular monovalent cations. In cell volume and signaling (Lauf, P. K., and Adragna, N. C., eds) Springer, US, pp. 219-233, doi: 10.1007/0-387-23752-6_21.

41. Trevisi, L., Visentin, B., Cusinato, F., Pighin, I., and Luciani, S. (2004) Antiapoptotic effect of ouabain on human umbilical vein endothelial cells, Biochem. Biophys. Res. Commun., 321, 716-721, doi: 10.1016/j.bbrc.2004.07.027.

42. Askari, A. (2019) The sodium pump and digitalis drugs: dogmas and fallacies, Pharmacol. Res. Perspect., 7, e00505, doi: 10.1002/prp2.505.

43. Akimova, O. A., Bagrov, A. Y., Lopina, O. D., Kamernitsky, A. V., Tremblay, J., Hamet, P., and Orlov, S. N. (2005) Cardiotonic steroids differentially affect intracellular Na⁺ and [Na+]i/[K+]i-independent signaling in C7-MDCK cells, J. Biol. Chem., 280, 832-839, doi: 10.1074/jbc.M411011200.

44. Campia, I., Gazzano, E., Pescarmona, G., Ghigo, D., Bosia, A. and Riganti, C. (2009) Digoxin and ouabain increase the synthesis of cholesterol in human liver cells, Cell. Mol. Life Sci., 66, 1580-1594, doi: 10.1007/s00018-009-9018-5.

45. Campia, I., Sala, V., Kopecka, J., Leo, C., Mitro, N., Costamagna, C., Caruso, D., Pescarmona, G., Crepaldi, T., and Ghigo, D. et al. (2012) Digoxin and ouabain induce the efflux of cholesterol via liver X receptor signalling and the synthesis of ATP in cardiomyocytes, Biochem. J., 447, 301-311, doi: 10.1042/BJ20120200.

46. Sidorenko, S., Klimanova, E., Milovanova, K., Lopina, O. D., Kapilevich, L. V., Chibalin, A. V., and Orlov, S. N. (2018) Transcriptomic changes in C2C12 myotubes triggered by electrical stimulation: role of Ca²⁺i-mediated and Ca²⁺i-independent signaling and elevated [Na+]i/[K+]i ratio, Cell Calcium, 76, 72–86, doi: 10.1016/j.ceca.2018.09.007.

47. Klimanova, E. A., Tverskoi, A. M., Koltsova, S. V., Sidorenko, S. V., Lopina, O. D., Tremblay, J., Hamet, P., Kapilevich, L. V., and Orlov, S. N. (2017) Time- and dose-dependent actions of cardiotonic steroids on transcriptome and intracellular content of Na⁺ and K⁺: a comparative analysis, Sci. Rep., 7, 45403, doi: 10.1038/srep45403.