ВЛИЯНИЕ АРГИНИНДЕИМИНАЗЫ STREPTOCOCCUS PYOGENES НА МИГРАЦИОННУЮ АКТИВНОСТЬ И СТРУКТУРУ ЦИТОСКЕЛЕТА ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК ЧЕЛОВЕКА

В последнее время в литературе накапливается всe больше данных о цитопатическом влиянии бактериальной аргининдеиминазы на эндотелиальные клетки человека, однако точные механизмы эндотелиальной дисфункции, вызванной активностью фермента, остаются слабоизученными. Активность аргининдеиминазы истощает запасы аргинина в микроокружении клеток в различных тканях организма-хозяина. Исходя из данных о том, что аргинилирование белков актинового цитоскелета регулирует их функции, мы предположили, что цитопатическое действие аргининдеиминазы S. pyogenes в отношении эндотелиальных клеток может быть связано с нарушением структуры их цитоскелета. Целью исследования было изучение влияния аргининдеиминазы S. pyogenes на миграционную активность и структуру актинового цитоскелета эндотелиальных клеток линии EA.hy926. В работе использовали супернатанты разрушенных S. pyogenes M49-16 и его изогенного мутанта с делецией гена аргининдеиминазы S. pyogenes М49-16delAD, а также супернатанты разрушенных S. pyogenes M22 и аргининдеиминазу, выделенную из стрептококков этого штамма. Влияние бактериальных компонентов на миграционную активность эндотелиальных клеток изучали в модели «раны» in vitro. Для анализа влияния бактериальных компонентов на структуру актинового цитоскелета проводили окрашивание клеток фаллоидин-родамином. Было показано, что супернатанты разрушенных S. pyogenes, так же как выделенная из супернатанта аргининдеиминаза, вызывали достоверное снижение миграционной активности эндотелиальных клеток и изменения структуры их актинового цитоскелета. Супернатант разрушенных S. pyogenes М49-16delAD с делецией гена аргининдеиминазы отличался достоверно ослабленной способностью подавлять миграцию клеток по сравнению с супернатантом разрушенных S. pyogenes М49-16. Это различие между штаммами не сопровождалось существенными различиями в характере влияния на структуру актиновых филаментов у клеток, культивируемых в присутствии соответствующих супернатантов. Добавление экзогенного аргинина в культуру клеток, содержащую супернатанты разрушенных S. pyogenes, не приводило к восстановлению их миграционной активности и структуры актинового цитоскелета. Однако при добавлении аргинина в культуру клеток, содержащую выделенную из сунернатанта аргининдеиминазу, миграционная активность клеток достоверно усиливалась, а структура актинового цитоскелета эндотелиальных клеток восстанавливалась. Cнижение миграционной активности эндотелиальных клеток под влиянием стрептококковой аргинидеиминазы сопряжено с нарушением структуры их актинового цитоскелета на фоне деплеции аргинина.

S. pyogenes, аргининдеиминаза, эндотелиальные клетки, метаболизм аргинина, миграция, цитоскелет

1. Старикова Э.А., Лебедева А.М., Бурова Л.А., Фрейдлин И.С. Изменение функциональной активности эндотелиальных клеток под влиянием лизата S. pyogenes // Цитология, 2012. Т. 54, № 1. C. 49-57. [Starikova E.A., Lebedeva A.M., Burova L.A., Freidlin I.S. Regulation of endothelial cells functions by ultrasonic supernatant of Streptococcus pyogenes. Tsitologiya = Cytology, 2012, Vol. 54, no. 1, pp. 49-57. (In Russ.)]

2. Старикова Э.А., Карасева А.Б., Бурова Л.А., Суворов А.Н., Соколов А.В., Васильев В.Б., Фрейдлин И.С. Pоль аргининдеиминазы Streptococcus pyogenes M49-16 в ингибиции пролиферации эндотелиальных клеток человека линии EA.hy926 // Медицинская иммунология, 2016. Т. 18, № 6. C. 555-562. [Starikova E.A., Karaseva A.B., Burova L.A., Suvorov A.N., Sokolov A.V., Vasilyev V.B., Freidlin I.S. Role of Streptococcus pyogenes M49-16 arginine deiminase in inhibition proliferation of human endothelial cell line EA.hy926. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2016, Vol. 18, no. 6, pp. 555-562. (In Russ.)] doi: 10.15789/15630625-2016-6-555-562.

3. Тотолян А.А. Современные представления о Streptococcus pyogenes и вызываемой им патологии // Эволюция стрептококковой инфекции. Под ред. В.В. Левановича и В.Н. Тимченко. СПб.: Спецлит, 2015. C. 32-48. [Totolyan A.A. Cotemporary ideas about Streptococcus pyogenes and associated pathology. Evolution of streptococcal infection. Ed. by V.V. Levanovich, V.N. Timchenko]. St. Petersburg: Spetslit, 2015, pp. 32-48.

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. 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.

6. Cohen S.S. A guide to the polyamines. New York.: Oxford University Press, 1998. 565 p.

7. Cunningham M.W. Pathogenesis of Group A Streptococcal Infections. Clin. Microbial. Rev., 2000, Vol. 13, no. 3, pp. 470-511.

8. Cusumano Z.T., Caparon M. Citrulline Protects Streptococcus pyogenes from Acid Stress Using the Arginine Deiminase Pathway and the F1Fo-ATPase. J. Bacteriol., 2015, Vol. 197, no. 7, pp. 1288-1296.

9. Gallego P., Planell R, Benach J, Querol E, Perez-Pons JA, Reverter D. Structural Characterization of the Enzymes Composing the Arginine Deiminase Pathway in Mycoplasma penetrans. PLoS One, 2012, Vol. 7, no. 10, p. 86.

10. Karakozova M., Kozak M., Wong C.C., Bailey A.O., Yates J.R. 3rd, Mogilner A., Zebroski H., Kashina A. Arginylation of beta-actin regulates actin cytoskeleton and cell motility. Science, 2006, Vol. 313, pp. 192-196. 11. Kurosaka S., Leu A.N., Zhang F., Bunte R., Saha S., Wang L., Guo C., He W., Kashina A. Arginylation-Dependent Neural Crest Cell Migration Is Essential for Mouse Development. PLoS Genet., 2010, Vol. 6, no. 3, pp. 45-50.

11. Moncada S., Palmer R.M.J., Higgs E.A. Nitric oxide: physiology, pathophysiology, and pharmacology. Pharmacol. Rev., 1991, Vol. 43, pp. 109-142.

12. Morrison R.F., Seidel E.R. Vascular endothelial cell proliferation: regulation of cellular polyamines. Cardiovasc Res., 1995, Vol. 29, pp. 841-847.

13. Noris M., Ruggenenti P., Todeschini M., Figliuzzi M., Macconi D., Zoja C., Paris S., Gaspari F., Remuzzi G. Increased nitric oxide formation in recurrent thrombotic microangiopathies: a possible mediator of microvascular injury. Am. J. Kidney Dis., 1996, Vol. 27, pp. 790-791.

14. 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. Br. J. Cancer, 2003, Vol. 89, pp. 907-914.

15. Pavlyk I., Rzhepetskyy Y., Jagielski A.K., Drozak J., Wasik A., Pereverzieva G., Olchowik M., KunzSchugart L.A., Stasyk O., Redowicz M.J. Arginine deprivation affects glioblastoma cell adhesion, invasiveness and actin cytoskeleton organization by impairment of β actin arginylation. Amino Acids, 2015, Vol. 47, pp. 199-212.

16. Rhoads J.M., Chen W., Gookin J., Wu G.Y., Fu Q., Blikslager A.T., Rippe R.A., Argenzio R.A., Cance W.G., Weaver E.M., Romer L.H. Arginine stimulates intestinal cell migration through a focal adhesion kinase dependent mechanism. Gut, 2004, Vol. 53, no. 4, pp. 514-522.

17. Rhoads J.M., Liu Y., Niu X., Surendran S., Wu G. Arginine stimulates cdx2-transformed intestinal epithelial cell migration via a mechanism requiring both nitric oxide and phosphorylation of p70 S6 kinase. J. Nutr., 2008, Vol. 138, no. 9, pp 1652-1657.

18. Saha S., Mundia M.M., Zhang F., Demers R.W., Korobova F., Svitkina T., Perieteanu A.A., Dawson J.F., Kashina A. Arginylation regulates intracellular actin polymer level by modulating actin properties and binding of capping and severing proteins. Mol. Biol. Cell., 2010, Vol. 21, pp. 1350-1361.

19. Starikova E., Sokolov A., Vlasenko A., Burova L., Freidlin I., Vasilyev V. Biochemical anbiological activity of arginine deiminase from Streptococcus pyogenes M22. Biochem. Cell Biol., 2016, Vol. 94, pp. 1-9.

20. Takaku H., Takase M., Abe S., Hayashi H., Miyazaki K. In vivo antitumour activity of arginine deiminase purified from Mycoplasma arginine. Int. J. Cancer., 1992, Vol. 51, pp. 244-249.

21. Wei Zh., Xiaomin S., Zhou H., Luo Y. Arginine deiminase modulates endothelial tip cells via excessive synthesis of reactive oxygen species. Biochem. Soc. Trans., 2011, Vol. 39, no. 5, pp. 143-147.

22. Wong C.C., Xu T., Rai R., Bailey A.O., Yates J.R. 3rd, Wolf Y.I., Zebroski H., Kashina A. Global analysis of posttranslational protein arginylation. PLoS Biol., 2007, Vol. 5, p. 258.

23. Zúñiga M., Pérez G., González-Candelas G.F. Evolution of arginine deiminase (ADI) pathway genes. Mol. Phylogenet. Evol., 2002, no. 25, pp. 429-444.