BIOLOGICAL EFFECTS OF TNF-BINDING VARIOLAVIRUS RECOMBINANT PROTEIN

Abstract. This review presents a summary of our data concerning in vivo and in vitro effects of recombinant TNF-binding protein from variola virus (VARVCrmB) upon TNF-induced functional changes of human and murine cells. VARV-CrmB protein blocks TNF-induced production of IL-1β and IL-6 by human mononuclear cells, and their in vitro oxidation-related metabolic (OM) activity. VARV-CrmB protein restores TNF-induced reduction of BFU-E+CFU-E colony-forming activity and normalizes TNF-induced effects upon CFU-GM formation in a colony-forming model of human and murine bone morrow cells (BMC). VARV-CrmB protein displays a pronounced in vivo alleviation of LPS-induced endotoxic shock symptoms in SPF BALB/C mice thus significantly increasing survival of experimental animals. Moreover, VARV-CrmBprotein decreases intensity of collagen-induced arthritis at early terms. Application of VARV-CrmB protein results in normalization of TNF-induced increase of migratory and OM activity of murine leukocytes, and exerts corrective effects upon colony-forming ability of murine hematopoietic precursors. Skin application of VARV-CrmB protein decreases leukocyte migration from a skin scrap in afferent phase of DNCB-induced contact reaction, as well as “ear oedema” index. Our results demonstrate TNF-blocking properties of VARVCrmB protein. In summary, our data allow to consider a recombinant variola virus VARV-CrmB as a new potential TNF-antagonist. Its effects can be explained by its ability of neutralizing TNF-induced activation of oxidation-related metabolic, cytokine-producing and migratory functions of effector cells in therapy of pathological inflammatory processes.

1. Гилева И.П., Малкова Е.М., Непомнящих Е.С., Виноградов И.В., Лебедев Л.Р., Кочнева Г.В., Гражданцева А.А., Рябчикова Е.И., Щелкунов С.Н. Изучение действия TNF-связывающего белка вируса натуральной оспы на развитие ЛПС-индуцированного эндотоксического шока // Цитокины и воспаление. – 2006. – № 1. – С. 44-49.

2. Гилева И.П., Непонящих Т.С., Рязанкин И.А., Щелкунов С.Н. Рекомбинантный TNF-связывающий белок вируса натуральной оспы как потенциальный TNF-антагонист нового поколения // Биохимия. – 2009. – Т. 74. – С. 1664-1667.

3. Гилева И.П., Рязанкин И.А., Максютов З.А., Тотменин А.В., Агеенко В.А., Нестеров А.Е., Щелкунов С.Н. Рекомбинантная плазмидная ДНК pFastBac-G2R, содержащая фрагмент генома вируса натуральной оспы, кодирующий белок-аналог рецептора TNF, и штамм бакуловируса BVi67, продуцирующий растворимый рецептор TNF вируса натуральной оспы // Рос. патент № 2241754. – 2003.

4. Гилева И.П., Рязанкин И.А., Максютов З.А., Тотменин А.В., Лебедев Л.Р., Нестеров А.Е., Агеенко В.А., Щелкунов С.Н., Сандахчиев Л.С. Сравнительное изучение свойств ортопоксвирусных растворимых рецепторов фактора некроза опухолей // Доклады РАН. – 2003. – Т. 390. – С. 160-164.

5. Гилева И.П., Рязанкин И.А., Непомнящих Е.С., Тотменин А.В., Максютов З.А., Лебедев Л.Р., Афиногенова Г.Н., Пустошилова Н.М., Щелкунов С.Н. Экспрессия генов TNF-связывающих белков ортопоксвирусов в клетках насекомых и изучение свойств рекомбинантных белков // Молекуляр. биология. – 2005. – Т. 39. – С. 218-225.

6. Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б. Окислительный стресс: Биохи7. Лебедев Л.Р., Рязанкин И.А., Сизов А.А., Агеенко В.А., Одегов В.Н., Афиногенова Г.Н., Щелкунов С.Н. Способ очистки антагонистов фактора некроза опухолей и исследование их некоторых свойств // Биотехнология. – 2001. – № 6. – С. 14-18.

7. Топоркова Л.Б., Петухова А.А., Гилева И.П., Орловская И.А. Рекомбинантный белок вируса натуральной оспы нейтрализует эффекты фактора некроза опухолей на модели костномозгового гемопоэза мышей BALB/С // Медицинская иммунология. – 2010. – Т. 12, № 4-5. – С. 297-304.

8. Цырендоржиев Д.Д., Сенников С.В., Вязовая Е.А., Гилева И.П., Щелкунов С.Н., Рязанкин И.А., Лебедев Л.Р., Топоркова Л.Б., Курилин В.В., Петухова А.А., Орловская И.А. Влияние рекомбинантного TNF-связывающего белка вируса натуральной оспы на миграционную и окислительно-метаболическую функцию лейкоцитов крови мышей при эпикутанной аппликации фактора некроза опухолей // Бюллетень СО РАМН. – 2011. – № 3. – С. 73-78.

9. Шараев П.Н., Пишков В.Н., Зворыгина Н.Г. и др. Определение коллагенолитической активности плазмы крови // Лабораторное дело.– 1987. – № 1. – С. 60-62.

10. Akiba H., Kehren J., Ducluzeau M-T., Krasteva M., Horand F., Kaiserlian D., Kaneko F., Nicolas J-F. Skin inflammation during contact hypersensitivity is mediated by early recruitment of CD8+ T cytotoxic cells inducing keratinocyte apoptosis // J. Immunol. – 2002. – Vol. 168. – P. 3079-3087.

11. Blinov V.M., Shchelkunov S.N., Sandakhchiev L.S. A possible molecular factor responsible for the generalization of smallpox infection // Dokl. Ross. Akad. Nauk. – 1993. – Vol.328. – P. 109-111.

12. Enk A.H., Katz S.I. Early molecular events in the induction phase of contact sensitivity // PNAS USA. – 1992. – Vol. 89. – P. 1398-1402.

13. Garrigue J.L., Nicolas J.F., Fraginals R., Benezra C., Bour H., Schmitt D.Optimization of the mouse ear swelling test for in vivo and in vitro studies of weak contact sensitizers // Contact Dermatitis – 1994. – Vol. 30. – P. 231-237.

14. Gartlehner G., Hansen R.A., Jonas B.L. et al. The comparative efficacy and safety of bio-logics for the treatment of rheumatoid arthritis: a systemic review and metaanalysis // J. Rheumatol. – 2006. – Vol. 33. – P. 2398-2408.

15. Gileva I.P., Nepomnyashchich T.S., Antonets D.V., Lebedev L.R., Kochneva G.V., Grazhdantseva A.A., Shchelkunov S.N. Properties of the recombinant TNF-binding proteins from variola, monkeypox, and cowpox viruses are different // Bioch. Bioph. Acta. – 1992. – Vol. 1764. – P. 1710-1718.

16. Hasegawa A., Takasaki W., Greene M.I., Murali R. Modifying TNF for therapeutic use: A perspective on the TNF receptor system // Mini. Rev. Med. Chem. – 2001. – Vol. 1. – P. 5-16.

17. Johnson C. S., Chang M.-J., Furmanski P. In Vivo Hematopoietic Effects of Tumor Necrosis Factor-a in Normal and Erythroleukemic Mice: Characterization and Therapeutic Applications // Blood. – 1988. – Vol. 72. – P. 1875-1883.

18. Juurikivi A., Sandler C., Lindstedt K.A. et al. Inhibition of c-kit tyrosine kinase by imatinib mesylate induces apoptosis in mast cells in rheumatoid synovia: a potencial approach to the treatment of arthritis // Ann. Rheum. Dis. – 2005. – Vol. 64, N 8. – P. 1126-1131.

19. Kirou K. A., Mavragani C. P. TNF antagonists in the management of early rheumatoid ar-thritis: an overview // Int J. Adv. Rheumatol. – 2006. – N 4. – P. 49-56.

20. Kobayashi Y., Matsumoto M., Kotani M., Makino T. Possible involvement of matrix metalloproteinase-9 in Langerhans cell migration and maturation // J. Immunol. – 1999. – Vol. 163. – P. 5989-5993.

21. Kremer J.M., Westhovens R., Leon M. et al. Treatment of rheumatoid arthritis by selective inhibition of T-cell activation with fusion protein CTLA4Ig // N. Engl. J. Med. – 2003. – Vol. 49. – P. 1907-1915.

22. Larsen C.P., Steinman R.M., Witmer-Pack M., Hankins D.F., Morris P.J., Austyn J.M. Migration and maturation of Langerhans cells in skin transplants and explants // J. Exp. Med. – 1990. – Vol. 172. – P. 1483-1493.

23. Mc Devitt H., Munson S., Ettingen R., Wu A. Multiple roles for tumor necrosis factor-α and lymphotoxin α/β in immunity and autoimmunity // Arthritis Res. – 2002. – N 4 (supp. 13). – P. 141-152.

24. Papadaki H., Kritikos H., Valatas V., Boumpas D., Eliopoulos G. Anemia of chronic diseases in rheumatoid arthritis is associated withincreased apoptosis of bone marrow erythroid cells: improvement following anti-tumor necrosis factoralpha antibody therapy // Blood. – 2002. – Vol. 100. – P. 474-482.

25. Redlich K., Schett G., Sterner G. et al. Rheumatoid arthritis therapy after tumor necrosis factor and interleukin-1 blockade // Arthritis Rheum. – 2003. – Vol. 48. – P. 3108-3119.

26. Rusten L.S., Jacobsen S.E. Tumor necrosis factor (TNF)-alpha directly inhibits human erythropoiesis in vitro: role of p55 and p75 TNF receptors // Blood. – 1995. – Vol. 85. – P. 989-996.

27. Shchelkunov S.N., Blinov V.M., Sandakhchiev L.S. Genes of variola and vaccinia viruses needed for overcoming of the host protective mechanisms // FEBS Lett. – 1993. – Vol. 319. – P. 80-83.