БИОХИМИЯ, 2023, том 88, вып. 8, с. 1352–1365
УДК 57.083;57.088
Анализ трансферрина в моче у больных раком мочевого пузыря с помощью нанотел
1 Институт биологии гена РАН, 119334 Москва, Россия
2 Медицинский радиологический научный центр имени А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 249036 Обнинск, Калужская обл., Россия
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, 119234 Москва, Россия
4 Российский университет дружбы народов, 117198 Москва, Россия
5 Московский научно-исследовательский онкологический институт имени П.А. Герцена – филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, 125284 Москва, Россия
6 Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Минздрава России, 119991 Москва, Россия
7 Национальный медицинский исследовательский центр радиологии Минздрава России, 125284 Москва, Россия
Поступила в редакцию 30.11.2022
После доработки 14.06.2023
Принята к публикации 03.07.2023
DOI: 10.31857/S0320972523080055
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: однодоменное антитело, нанотело, апо- и голо-трансферрин, аффинная хроматография, рак мочевого пузыря, МС‑ИСП.
Аннотация
Известно, что коэффициент насыщения трансферрина (Tf) железом в крови человека является важным клиническим параметром. Для анализа тонких изменений в относительной представленности разных форм трансферрина, потенциально связанных с патологическим процессом, могут быть использованы специфические антитела. Недавно авторы данного исследования смогли получить и охарактеризовать высокоспецифические однодоменные антитела (нанотела), узнающие преимущественно железо-насыщенную (holo‑Tf) или железо-ненасыщенную (apo‑Tf) форму трансферрина. В данной работе в условиях более приближенных к физиологическим, чем в ранее проводимых экспериментах, мы дополнительно продемонстрировали, что эти уникальные нанотела обладают чрезвычайно высокой дифференциальной специфичностью связывания разных форм Tf в различных биологических жидкостях человека. Нам удалось с помощью этих нанотел впервые провести анализ относительной представленности форм Tf в образцах мочи больных раком мочевого пузыря (РМП). Было показано, что повышение концентрации общего Tf в образцах мочи, нормализованных по креатинину, ассоциировано со степенью прогресса и роста злокачественности РМП. В образцах здоровых доноров и на ранних стадиях РМП (G1) Tf детектируется в сильно меньших количествах (в сравнении с более поздними стадиями) и лишь при дополнительном концентрировании исследуемых проб. Для большинства исследованных образцов мочи больных РМП ожидаемо (как ранее показано в случае Tf в крови терминальных больных раком яичников) концентрация аpo-Tf явно выше, чем holo‑Tf, особенно в случае наиболее продвинутого мышечно-инвазивного РМП. Неожиданностью для нас стало обнаружение в образцах мочи некоторых больных РМП примерно равных количеств apo‑Tf и «holo‑Tf». Мы предположили, что фракция «holo‑Tf» в данном случае в значительной степени может быть представлена «вторичными комплексами», образуемыми apo‑Tf в соединении с ионами, отличными от Fe3+, накапливающимися в моче некоторых раковых больных и способными связываться с apo‑Tf, меняя его конформацию в направлении holo‑Tf. Методом масс-спектроскопии с ионизацией в индуктивно-связанной плазме мы получили первые результаты, подтверждающие предположенную нами гипотезу. Препарат «holo‑Tf» в этих образцах мочи оказался сильно обогащен цинком и никелем. Также в этом препарате наблюдается относительное обогащение кадмием, но он присутствует в сильно меньших концентрациях. Полученные данные указывают на то, что используемое нанотело, узнающее преимущественно железо-насыщенную форму трансферрина (holo‑Tf), способно также связывать Tf в ассоциации с иными ионами металлов, отличными от железа. Эта способность потенциально может открыть новые возможности в исследованиях относительной представленности разных ионов металлов в ассоциации с трансферрином в биологических жидкостях человека в норме и патологии.
Текст статьи
Сноски
* Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 20‑14‑00305).
Вклад авторов
С.В. Тиллиб – концепция и руководство работой; А.М. Сачко, О.С. Горяйнова, Т.И. Иванова, С.В. Тиллиб – наработка нанотел, создание иммуноаффинных сорбентов, проведение экспериментов по выделению разных форм трансферрина; И.Ю. Николаева, М.Е. Тарнопольская, А.Ю. Бычков – проведение анализов методом масс-спектрометрии с ионизацией в индуктивно-связанной плазме; М.Я. Гаас, Н.В. Воробьев, А.Д. Каприн, П.В. Шегай – поставка образцов мочи от охарактеризованных больных; С.В. Тиллиб – написание статьи.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Соблюдение этических норм
Все процедуры, выполненные с участием биологических жидкостей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике, Хельсинкской декларации 1964 года и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики. От каждого участника, включенного в исследование, получено информированное добровольное согласие. Работа одобрена Этическими комитетами ИБГ РАН (разрешение от 18.01.2021) и Московского научно-исследовательского онкологического института имени П.А. Герцена.
Список литературы
1. Torti, S. V., and Torti, F. M. (2020) Iron: the cancer connection, Mol. Aspects Med., 75, 100860, doi: 10.1016/j.mam.2020.100860.
2. Candelaria, P. V., Leoh, L. S., Penichet, M. L., and Daniels-Wells, T. R. (2021) Antibodies targeting the transferrin receptor 1 (TfR1) as direct anti-cancer agents, Front. Immunol., 12, 607692, doi: 10.3389/fimmu.2021.607692.
3. Yiannikourides, A., and Latunde-Dada, G. O. (2019) A short review of iron metabolism and pathophysiology of iron disorders, Medicines (Basel), 6, 85, doi: 10.3390/medicines6030085.
4. Ramírez-Carmona, W., Díaz-Fabregat, B., Yuri Yoshigae, A., Musa de Aquino, A., Scarano, W. R., de Souza Castilho, A. C., Avansini Marsicano, J., Leal do Prado, R., Pessan, J. P., and de Oliveira Mendes, L. (2022) Are serum ferritin levels a reliable cancer biomarker? A systematic review and meta-analysis, Nutr. Cancer, 74, 1917-1926, doi: 10.1080/01635581.2021.1982996.
5. Szőke, D., and Panteghini, M. (2012) Diagnostic value of transferrin, Clin. Chim. Acta, 413, 1184-1189, doi: 10.1016/j.cca.2012.04.021.
6. Ivanova, T. I., Klabukov, I. D., Krikunova, L. I., Poluektova, M. V., Sychenkova, N. I., Khorokhorina, V. A., Vorobyev, N. V., Gaas, M. Ya., Baranovskii, D. S., Goryainova, O. S., Sachko, A. M., Shegay, P. V., Kaprin, A. D., and Tillib, S. V. (2022) Prognostic value of serum transferrin analysis in patients with ovarian cancer and cancer-related functional iron deficiency: a Retrospective case–control study, J. Clin. Med., 11, 7377, doi: 10.3390/jcm11247377.
7. Elsayed, M. E., Sharif, M. U., and Stack, A. G. (2016) Transferrin saturation: a body iron biomarker, Adv. Clin. Chem., 75, 71-97, doi: 10.1016/bs.acc.2016.03.002.
8. Tillib, S. V., Goryainova, O. S., Sachko, A. M., and Ivanova, T. I. (2022) High-affinity single-domain antibodies for analyzing human apo- and holo-transferrin, Acta Naturae, 14, 98-102, doi: 10.32607/actanaturae.11663.
9. Тиллиб С. В, Горяйнова О. С., Сачко А. М., Иванова Т. И., Гаас М. Я., Воробьев Н. В., Каприн А. Д., Шегай П. В. (2022) Однодоменные антитела для предобработки протеома мочи человека с целью анализа онкобиомаркеров, Молекулярная биология, 56, 671-684.
10. Nowakowski, A. B., Wobig, W. J., and Petering, D. H. (2014) Native SDS-PAGE: high resolution electrophoretic separation of proteins with retention of native properties including bound metal ions, Metallomics, 6, 1068-1078, doi: 10.1039/c4mt00033a.
11. Wessel, D., and Fluegge, U. I. (1984) A method for the quantitative recovery of protein in dilute solution in the presence of detergents and lipids, Anal. Biochem., 138, 141-143, doi: 10.1016/0003-2697(84)90782-6.
12. Wang, F., Chmil, C., Pierce, F., Ganapathy, K., Gump, B. B., MacKenzie, J. A., Metchref, Y., and Bendinskas, K. (2013) Immobilized metal affinity chromatography and human serum proteomics, J. Chromatogr. B Anal. Technol. Biomed. Life Sci., 934, 26-33, doi: 10.1016/j.jchromb.2013.06.032.
13. Hochstrasser, D. F., Patchornik, A., and Merril, C. R. (1988) Development of polyacrylamide gels that improve the separation of proteins and their detection by silver staining, Anal. Biochem., 173, 412-423, doi: 10.1016/0003-2697(88)90208-4.
14. Luo, J., Solimini, N. L., and Elledge, S. J. (2009) Principles of cancer therapy: oncogene and non-oncogene addiction, Cell, 136, 823-837, doi: 10.1016/j.cell.2009.02.024.
15. Zapién Serrano, L. Z., Ortiz Lara, N. O., Ríos Vera, R. R., and Cholico-González, D. (2021) Removal of Fe(III), Cd(II), and Zn(II) as hydroxides by precipitation–flotation system, Sustainability, 13, 11913, doi: 10.3390/su132111913.
16. Vincent, J. B., and Love, S. (2012) The binding and transport of alternative metals by transferrin, Biochim. Biophys. Acta, 1820, 362-378, doi: 10.1016/j.bbagen.2011.07.003.
17. Williams, J., and Moreton, K. (1980) The distribution of iron between the metal-binding sites of transferrin human serum, Biochem. J., 185, 483-488, doi: 10.1042/bj1850483.
18. Sun, H., Li, H., and Sadler, P. J. (1999) Transferrin as a metal ion mediator, Chem. Rev., 99, 2817-2842, doi: 10.1021/cr980430w.
19. Benjamín-Rivera, J. A., Cardona-Rivera, A. E., Vázquez-Maldonado, Á. L., Dones-Lassalle, C. Y., Pabón-Colon, H. L., Rodríguez-Rivera, H. M., Rodríguez, I., González-Espiet, J. C., Pazol, J., Pérez-Ríos, J. D., Catala-Torres, J. F., Carrasquillo Rivera, M., De Jesus-Soto, M. D., Cordero-Virella, N. A., Cruz-Maldonado, P. M., González-Pagan, P., Hernández-Ríos, R., Gaur, K., Loza-Rosas, S. A., and Tinoco, A. D. (2020) Exploring serum transferrin regulation of nonferric metal therapeutic function and toxicity, Inorganics, 8, 48, doi: 10.3390/inorganics8090048.
20. Chang, C. H., Liu, C. S., Liu, H. J., Huang, C. P., Huang, C. Y., Hsu, H. T., Liou, S. H., and Chung, C. J. (2016) Association between levels of urinary heavy metals and increased risk of urothelial carcinoma, Int. J. Urol., 23, 233-239, doi: 10.1111/iju.13024.