БИОХИМИЯ, 2022, том 87, вып. 4, с. 523–538

УДК 577.122:615.357

Механизмы регуляции функционирования белка-транспортёра Р‑гликопротеина под действием оксида азота

© 2022 А.В. Щулькин *alekseyshulkin@rambler.ru, Ю.В. Абаленихина, Е.А. Судакова, П.Ю. Мыльников, Е.Н. Якушева

Рязанский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова, 390026 Рязань, Россия

Поступила в редакцию 01.02.2022
После доработки 21.03.2022
Принята к публикации 22.03.2022

DOI: 10.31857/S0320972522040054

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Р-гликопротеин, АВСВ1-белок, оксид азота, гуанилатциклаза, клеточная линия Сасо‑2.

Аннотация

В исследовании на клетках линии Caco‑2 изучены механизмы регуляции белка-транспортёра P‑гликопротеина (Pgp) под действием оксида азота (NO). В качестве донора NO использовали S‑нитрозоглутатион (GSNO), который добавляли к клеткам в концентрациях 1, 10, 50, 100 и 500 мкМ и инкубировали в течение 3, 24 или 72 ч. Относительное количество Pgp анализировали методом вестерн-блот, активность – по транспорту его субстрата фексофенадина. В ходе исследования было показано, что кратковременное воздействие GSNO в течение 3 ч в концентрации 500 мкМ вызывало в клетках линии Caco‑2 повышение уровня пероксинитрита, что снижало активность, но не относительное количество Pgp. Увеличение длительности экспозиции до 24 ч повышало уровень и активность Pgp при концентрации GSNO 10 и 50 мкМ, увеличивало относительное количество без роста активности при концентрации 100 мкМ и снижало содержание белка-транспортёра при концентрации 500 мкМ. При длительности воздействия 72 ч GSNO в концентрации 10 мкМ повышал относительное количество и активность Pgp, а в концентрациях 100 и 500 мкМ снижал содержание белка-транспортёра. С помощью применения специфических ингибиторов было показано, что повышение относительного количества Pgp при воздействии низких концентраций GSNO реализовалось через NO‑цГМФ-сигнальный путь, а при повышении концентрации GSNO, развитии нитрозативного стресса – через Nrf2 и конститутивный андростановый рецептор.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских учёных – кандидатов наук МК‑1856.2020.7.

Конфликт интересов

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Fojo, A. T., Ueda, K., Slamon, D. J., Poplack, D. G., Gottesman, M. M., et al. (1987) Expression of a multidrug-resistance gene in human tumors and tissues, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, 265-269.

2. Borst, P., and Schinkel, A. H. (2013) P-glycoprotein ABCB1: A major player in drug handling by mammals, Clin. Invest., 123, 4131-4133.

3. Brueck, S., Bruckmueller, H., Wegner, D., Busch, D., Martin, P., et al. (2019) Transcriptional and post-transcriptional regulation of duodenal P-glycoprotein and MRP2 in healthy human subjects after chronic treatment with rifampin and carbamazepine, Mol. Pharm., 16, 3823-3830, doi: 10.1021/acs.molpharmaceut.9b00458.

4. Mollazadeh, S., Sahebkar, A., Hadizadeh, F., Behravan, J., and Arabzadeh, S. (2018) Structural and functional aspects of P-glycoprotein and its inhibitors, Life Sci., 214, 118-123, doi: 10.1016/j.lfs.2018.10.048.

5. Wessler, J. D., Grip, L. T., Mendell, J., and Giugliano, R. P. (2013) The P-glycoprotein transport system and cardiovascular drugs, J. Am. Coll. Cardiol., 61, 2495-2502, doi: 10.1016/j.jacc.2013.02.058.

6. Socco, S., Bovee, R. C., Palczewski, M. B., Hickok, J. R., and Thomas, D. D. (2017) Epigenetics: The third pillar of nitric oxide signaling, Pharmacol. Res., 121, 52-58, doi: 10.1016/j.phrs.2017.04.011.

7. Sinha, B. K., Bortner, C. D., Mason, R. P., and Cannon, R. E., (2018) Nitric oxide reverses drug resistance by inhibiting ATPase activity of p-glycoprotein in human multi-drug resistant cancer cells, Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj., 1862, 2806-2814, doi: 10.1016/j.bbagen.2018.08.021.

8. Sinha, B. K., Perera, L., and Cannon, R. E. (2019) Reversal of drug resistance by JS-K and nitric oxide in ABCB1- and ABCG2-expressing multi-drug resistant human tumor cells, Biomed. Pharmacother., 120, 109468, doi: 10.1016/j.biopha.2019.109468.

9. Dixit, S. G., Zingarelli, B., Buckley, D. J., Buckley, A. R., and Pauletti, G. M. (2005) Nitric oxide mediates increased P-glycoprotein activity in interferon-{gamma}-stimulated human intestinal cells, Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol., 288, 533-540, doi: 10.1152/ajpgi.00248.2004.

10. Robertson, S. J., Mokgokong, R., Kania, K. D., Guedj, A. S., Hladky, S. B., et al. (2011) Nitric oxide contributes to hypoxia-reoxygenation-induced P-glycoprotein expression in rat brain endothelial cells, Cell. Mol. Neurobiol., 31, 1103-1111, doi: 10.1007/s10571-011-9711-4.

11. Duan, R., Hu, N., Liu, H.Y., Li, J., Guo, H., et al. (2012) Biphasic regulation of P-glycoprotein function and expression by NO donors in Caco-2 cells, Acta Pharmacol. Sin., 33, 767-774, doi: 10.1038/aps.2012.25.

12. Hilgers, A. R., Conradi, R. A., and Burton, P. S. (1990) Caco-2 cell monolayers as a model for drug transport across the intestinal mucosa, Pharm. Res., 7, 902-910, doi: 10.1023/A:1015937605100.

13. Hwang, T. L., Wu, C. C., and Teng, C. M. (1998) Comparison of two soluble guanylyl cyclase inhibitors, methylene blue and ODQ, on sodium nitroprusside-induced relaxation in guinea-pig trachea, Br. J. Pharmacol., 125, 1158-1163, doi: 10.1038/sj.bjp.0702181.

14. Bollong, M.J., Yun, H., Sherwood, L., Woods, A. K., Lairson, L. L., et al. (2015) A small molecule inhibits deregulated NRF2 transcriptional activity in cancer, ACS Chem. Biol., 10, 2193-2198.

15. Kota, B. P., Tran, V. H., Allen, J., Bebawy, M., and Roufogalis, B. D. (2010) Characterization of PXR mediated P-glycoprotein regulation in intestinal LS174T cells, Pharm. Res., 62, 426-431, doi: 10.1016/j.phrs.2010.07.001.

16. Cherian, M. T., Lin, W., Wu, J., and Chen, T. (2015) CINPA1 is an inhibitor of constitutive androstane receptor that does not activate pregnane X receptor, Mol. Pharmacol., 87, 878-889, doi: 10.1124/mol.115.097782.

17. Якушева Е. Н., Щулькин А. В., Черных И. В., Попова Н. М., Котлярова А. А., и др. (2019) Метод анализа принадлежности лекарственных веществ к субстратам и ингибиторам белка-транспортёра гликопротеина-Р in vitro, Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии, 17, 71-78, doi: 10.17816/RCF17171-78.

18. Tolosa, L., Donato, M. T., and Gómez-Lechón, M. J. (2015) General cytotoxicity assessment by means of the MTT assay, Methods Mol. Biol., 1250, 333-348, doi: 10.1007/978-1-4939-2074-7_26.

19. Bradford, M. M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Anal. Biochem., 7, 248-254, doi: 10.1006/abio.1976.9999.

20. Amado, R., Aeschbach, R., and Neukom, H. (1984) Dytirosine: in vitro production and characterization, Methods Enzymol., 107, 377-388.

21. Лобышева И. И., Сереженков В. А., Ванин А. Ф. (1999) Взаимодействие динитрозильных тиолсодержащих комплексов железа с пероксинитритом и перекисью водорода in vitro, Биохимия, 64, 194-200.

22. Метельская В. А., Гуманова Н. Г. (2005) Скрининг – метод определения уровня метаболитов оксида азота сыворотке человека, Клиническая лабораторная диагностика, 6, 15-18.

23. Bronsky, E. A., Falliers, C. J., Kaiser, H. B., Ahlbrandt, R., and Mason, J. M. (1998) Effectiveness and safety of fexofenadine, a new nonsedating H1-receptor antagonist in the treatment of fall allergies, Allergy Asthma Proc., 19, 135-141, doi: 10.2500/108854198778604112.

24. Petri, N., Tannergren, C., Rungstad, D., and Lennernäs, H. (2004) Transport characteristics of fexofenadine in the Caco-2 cell model, Pharm. Res., 21, 1398-1404, doi: 10.1023/B:PHAM.0000036913.90332.b1.

25. Elsby, R., Surry, D. D., Smith, V. N., and Gray, A. J. (2008) Validation and application of Caco-2 assays for the in vitro evaluation of development candidate drugs as substrates or inhibitors of P-glycoprotein to support regulatory submissions, Xenobiotica, 38, 1140-1164, doi: 10.1080/00498250802050880.

26. Ерохина П. Д., Абаленихина Ю. В., Щулькин А. В., Черных И. В., Попова Н. М., и др. (2020) Изучение влияния прогестерона на активность гликопротеина-Р in vitro, Росс. Мед. Биол. Вестник им. Акад. И.П. Павлова, 28, 135-142, doi: 10.23888/PAVLOVJ2020282135-142.

27. Broniowska, K. A., Diers, A. R., and Hogg, N. (2013) S-Nitrosoglutathione, Biochim. Biophys. Acta, 1830, 3173-3181, doi: 10.1016/j.bbagen.2013.02.004.

28. Ramachandran, N., Root, P., Jiang, X.-M., Hogg, P. J., and Mutus, B. (2001) Mechanism of transfer of NO from extracellular S-nitrosothiols into the cytosol by cell-surface protein disulfide isomerase, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98, 9539-9544, doi: 10.1073/pnas.171180998.

29. Zhang, Y., and Hogg, N. (2004) The mechanism of transmembrane S-nitrosothiol transport, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 7891-7896, doi: 10.1073/pnas.0401167101.

30. Abalenikhina, Yu. V., Kosmachevskaya, O. V., and Topunov, A. F. (2020) Peroxynitrite: Toxic agent and signaling molecule (review), Appl. Biochem. Microbiol., 56, 611-623, doi: 10.1134/S0003683820060022.

31. Ferrer-Sueta, G., Campolo, N., Trujillo, M., Bartesaghi, S., Carballal, S., et al. (2018) Biochemistry of peroxynitrite and protein tyrosine nitration, Chem. Rev., 118, 1338-1408, doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00568.

32. Boer, T. R., Palomino, R. I., and Mascharak, P. K. (2019) Peroxynitrite-mediated dimerization of 3-nitrotyrosine: Unique chemistry along the spectrum of peroxynitrite-mediated nitration of tyrosine, Med One, 4, e190003, doi: 10.20900/mo.20190003.

33. Heinrich, T. A., da Silva, R. S., Miranda, K. M., Switzer, C. H., Wink, D. A., et al. (2013) Biological nitric oxide signalling: chemistry and terminology, Br. J. Pharmacol., 169, 1417-1429, doi: 10.1111/bph.12217.

34. Sim, H. M., Bhatnagar, J., Chufan, E. E., Kapoor, K., and Ambudkar, S. V. (2013) Share conserved walker A cysteines 431 and 1074 in human P-glycoprotein are accessible to thiol-specific agents in the apo and ADP-vanadate trapped conformations, Biochemistry, 52, 7327-7338, doi: 10.1021/bi4007786.

35. Якушева Е. Н., Черных И. В., Щулькин А. В., Попова Н. М. (2014) Гликопротеин-Р: структура, физиологическая роль и молекулярные механизмы модуляции функциональной активности, Успехи Физиол. Наук, 45, 89-98.

36. Gantner, B. N., LaFond, K. M., and Bonini, M. G. (2020) Nitric oxide in cellular adaptation and disease, Redox Biol., 34, 101550, doi: 10.1016/j.redox.2020.101550.

37. Zhao, Y., Brandish, P. E., Di Valentin, M., Schelvis, J. P., Babcock, G. T., et al. (2000) Inhibition of soluble guanylate cyclase by ODQ, Biochemistry, 39, 10848-10854, doi: 10.1021/bi9929296.

38. Moldogazieva, N. T., Mokhosoev, I. M., Feldman, N. B., and Lutsenko, S. V. (2018) ROS and RNS signalling: adaptive redox switches through oxidative/nitrosative protein modifications, Free Radic. Res., 52, 507-543, doi: 10.1080/10715762.2018.1457217.

39. Wen, Zh., Liu, W., Li, X., Chen, W., Liu, J., et al. (2019) A protective role of the NRF2-Keap1 pathway in maintaining intestinal barrier function, Oxid. Med. Cell Longev., 2019, е1759149, doi: 10.1155/2019/1759149.

40. Shchul’kin, A. V., Abalenikhina, Y. V., Erokhina, P.D., Chernykh, I. V., and Yakusheva, E. N. (2021) The role of P-glycoprotein in decreasing cell membranes permeability during oxidative stress, Biochemistry (Moscow), 86, 197-206, doi: 10.1134/S0006297921020085.

41. Inouye, Y. (2016) Structure and function of the nuclear receptor constitutive androstane receptor, Yakugaku Zasshi, 136, 297-308, doi: 10.1248/yakushi.15-00215.

42. Yan, J., and Xie, W. (2016) A brief history of the discovery of PXR and CAR as xenobiotic receptors, Acta Pharm. Sin. B, 6, 450-452, doi: 10.1016/j.apsb.2016.06.011.

43. Абаленихина Ю. В., Судакова Е. А., Слепнев А. А., Сеидкулиева А. А., Ерохина П. Д., и др. (2022) Функционирование прегнан Х рецептора в условиях окислительного стресса, Биол. Мембр., 39, 1-9, doi: 10.31857/S0233475522010030.

44. Abalenikhina, Y. V., Sudakova, E. A., Seidkulieva, A. A., Shchul’kin, A. V., and Yakusheva, E. N. (2021) Functioning of pregnan X receptor under conditions of nitrosative stress, Biomed Khim., 67, 394-401, doi: 10.18097/PBMC20216705394.

45. Shchul’kin, A. V., Abalenikhina, Y. V., Seidkulieva, A. A., Ryabkov, A. N., and Yakusheva, E. N. (2021) Induction of constitutive androstane receptor during the development of oxidative stress, Bull. Exp. Biol. Med., 171, 615-618, doi: 10.1007/s10517-021-05280-7.

46. Wang, H., Huang, H., Li, H., Teotico, D. G., Sinz, M., et al. (2007) Activated pregnenolone X-receptor is a target for ketoconazole and its analogs, Clin. Cancer Res., 13, 2488-2495, doi: 10.1158/1078-0432.CCR-06-1592.