РОЛЬ АРГИНИНДЕИМИНАЗЫ STREPTOCOCCUS PYOGENES M49-16 В ИНГИБИЦИИ ПРОЛИФЕРАЦИИ ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК ЧЕЛОВЕКА ЛИНИИ EA.hy926

Аргининдеиминаза (АД) – бактериальный фермент, который осуществляет гидролиз аргинина с образованием цитруллина и аммиака. В последние годы в литературе накапливается все больше данных об антиангиогенном действии АД Mycoplasma spp. в экспериментах in vitro и in vivo. Наши исследования показали, что АД Streptococcus pyogenes тип М22 обладает аналогичным эффектом, а именно – подавляет пролиферацию и другие функции эндотелиальных клеток, связанные с процессом ангиогенеза. Для подтверждения ведущей роли АД как фактора, ответственного за анти-пролиферативное действие, был сконструирован изогенный мутант S. pyogenes тип M49-16, не способный экспрессировать АД. Был проведен сравнительный анализ антипролиферативной активности S. pyogenes M49-16 и его изогенного мутанта с делецией гена АД (M49-16delAD) в отношении эндотелиальных клеток линии EA.hy926. В работе использовали супернатанты разрушенных ультразвуком S. pyogenes M49-16 и M49-16delAD. В ходе исследований проводили сравнение способности супернатантов разрушенных S. pyogenes M49-16 и M49-16delAD гидролизовать аргинин. Кроме того, изучали влияние супернатантов разрушенных стрептококков на пролиферативную активность эндотелиальных клеток и их распределение по фазам клеточного цикла. Исследования показали, что супернатант исходного штамма S. pyogenes 49-16 достоверно подавлял пролиферацию эндотелиальных клеток (на 50% от контроля). Этот эффект был обусловлен его аргинигидролизующей активностью, т.к. добавление в среду экзогенного аргинина приводило к восстановлению пролиферации клеток до уровня пролиферации в контроле. Супернатант S. pyogenes М49-16delAD обладал достоверно сниженной по сравнению с супернатантом исходного штамма способностью гидролизовать аргинин. Культивирование эндотелиальных клеток в присутствии супернатанта S. pyogenes М49-16delAD приводило к снижению их пролиферативной активности только на 10% от контроля. Анализ распределения клеток по фазам клеточного цикла подтвердил эти результаты. Супернатант S. pyogenes M49-16 снижал долю клеток в фазах синтеза на 20% по сравнению с контролем. В присутствии супернатанта S. pyogenes М49-16delAD уменьшение доли клеток в фазах синтеза было выражено достоверно слабее и составило всего 5% от контроля. Полученные результаты раскрывают новые патогенетические механизмы эндотелиальной дисфункции при стрептококковой инфекции и доказывают антиангиогенный потенциал стрептококковой аргининдеиминазы.

1. Киселев П.Н. Токсикология инфекционных процессов. Л.: Медицина, 1971. 359 с. [Kiselev P.N. Infectious processes toxicology]. Leningrad: Medicine, 1971. 359 p.

2. Старикова Э.А., Лебедева А.М., Бурова Л.А. Фрейдлин И.С. Изменения функциональной активности эндотелиальных клеток под влиянием лизата Streptococcus pyogenes // Цитология, 2012. Т. 54, № 1. С. 49-

3. [Starikova E.A., Lebedeva A.M., Burova L.A., Freidlin I.S. Regulation of endothelial cells functions by ultrasonic supernatant of Streptococcus pyogenes. Tsitologiya = Citology, 2012, Vol. 54, no. 1, pp. 49-57. (In Russ.)]

4. Beloussow K., Wang L., Wu J., Ann D., Shen W.C. Recombinant arginine deiminase as a potential antiangiogenic agent. Cancer. Lett., 2002, Vol. 183, no. 2, pp. 155-162.

5. Burns E., Marsiel A., Musser J. Activation of a 66-Kilodalton human endothelial cell matrix metalloprotease by Streptococcus pyogenes extracellular cysteine protease. Infection and Immunity, 1996, Vol. 64, pp. 4744-4750.

6. Bryant A.E. Biology and pathogenesis of thrombosis and procoagulant activity in invasive infections caused by group A streptococci and Clostridium perfringens. Clin. Microbiol. Rev., 2003, Vol. 16, no. 3, pp. 451-462.

7. Casiano-Colon A., Marquis R.E. Role of the arginine deiminase system in protecting oral bacteria and an enzymatic basis for acid tolerance. Appl. Environ. Microbiol., 1988, Vol. 54, no. 6, pp. 1318-1324.

8. Chen F., Lucas R., Fulton D. The subcellular compartmentalization of arginine metabolizing enzymes and their role in endothelial dysfunction. Front. Immunol., 2013, Vol. 4, p. 184.

9. Das P., Lahiri A., Lahiri A., Chakravortty D. Modulation of the Arginase Pathway in the Context of Microbial Pathogenesis: A Metabolic Enzyme Moonlighting as an Immune Modulator. PLoS Pathog., 2010, Vol. 6, no. 6, e1000899.

10. Degnan B.A., Palmer J.M., Robson T., Jones C.E., Fischer M., Glanville M., Mellor G.D., Diamond A.G., Kehoe M.A., Goodacre J.A. Inhibition of human peripheral blood mononuclear cell proliferation by Streptococcus pyogenes cell extract is associated with arginine deiminase activity. Infect. Immun., 1998, Vol. 66, no. 7, pp. 3050-3058.

11. Durante W. Role of arginase in vessel wall remodeling. Front. Immunol., 2013, Vol. 4, p. 111.

12. Edgell C.-J.S., McDonald C.C., Graham J.B. Permanent cell line expressing human factor VIII-related antigen established by hybridization. Nati. Acad. Sci. USA, 1983, Vol. 80, no. 12, pp. 3734-3737.

13. Feun L.G., Kuo M.T., Savaraj N. Arginine deprivation in cancer therapy. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care, 2015, Vol. 18, no. 1, pp. 78-82.

14. Fiedler T., Strauss M., Hering S., Redanz U., William D., Rosche Y., Classen C.F., Kreikemeyer B., Linnebacher M., Maletzki C. Arginine deprivation by arginine deiminase of Streptococcus pyogenes controls primary glioblastoma growth in vitro and in vivo. Cancer Biol. Ther., 2015, Vol. 16, no. 7, pp. 1047-1055.

15. Kim R.H., Bold R.J., Kung H.J.. ADI, autophagy and apoptosis: metabolic stress as a therapeutic option for prostate cancer. Autophagy, 2009, Vol. 5, no. 4, pp. 567-568.

16. Kuo M.T., Savaraj N., Feun L.G. Targeted cellular metabolism for cancer chemotherapy with recombinant arginine-degrading enzymes. LG.Oncotarget., 2010, Vol. 1, no. 4, pp. 246-251.

17. Park I.-S., Kang S.-W., Shin Y.-J., Chae K.-Y., Park M.-O., Kim M.-Y., Wheatley D.N., Min B.-H. Arginine deiminase: a potential inhibitor of angiogenesis and tumour growth. British Journal of Cancer., 2003, Vol. 89, pp. 907-914.

18. Shen L.J., Lin W.C., Beloussow K., Hosoya K., Terasaki T., Ann D.K., Shen W.C.. Recombinant arginine deiminase as a differential modulator of inducible (iNOS) and endothelial (eNOS) nitric oxide synthetase activity in cultured endothelial cells. Biochem. Pharmacol., 2003, Vol. 66, no. 10, pp. 1945-1952.

19. Starikova E.A., Sokolov A.V., Vlasenko A.Y., Burova L.A., Freidlin I.S., Vasilyev V.B. Biochemical and biological activity of arginine deiminase from Streptococcus pyogenes M22. Biochem. Cell Biol., 2016, Vol. 94, no. 2, pp. 129-137.

20. Stockbauer K.E., Magoun L., Liu M., Burns E.H., Gubba S., Renish S., Pan X., Bodaryi S.C.,Baker E., Coburn J., Leong J.M., Musser J.M. A natural variant of the cysteine protease virulence factor of group A Streptococcus with an arginine-glycine-aspartic acid (RGD) motif preferentially binds human integrins avb3 and aIIbb3. Proc. Natl. Acad. Sci., 1999, Vol. 96, pp. 242-247.

21. Yoshida J., Yoshimura M., Takamura S., Kobayashi S. Purification and characterization of an antitumor principle from Streptococcus hemolyticus, Su strain. Jpn. J. Cancer. Res., 1985, Vol. 76, no. 3, pp. 213-223.

22. Yoshida J., Ishibashi T., Nishio M. Growth-inhibitory effect of a streptococcal antitumor glycoprotein on human epidermoid carcinoma A431 cells: involvement of dephosphorylation of epidermal growth factor receptor. Cancer Res., 2001, Vol. 61, no. 16, pp. 6151-6157.

23. Zhuo W., Song X., Zhou H., Luo Y. Arginine deiminase modulates endothelial tip cells via excessive synthesis of reactive oxygen species. Biochem. Soc. Trans., 2011, Vol. 5, pp. 1376-1381.

24. Zuniga M., Perez G., Gonzalez-Candelas F.. Evolution of arginine deiminase (ADI) pathway genes. Mol. Phylogenet. Evol., 2002, Vol. 2, no. 3, pp. 429-444.