Biopolym. Cell. 2021; 37(5):357-368.
Молекулярная и клеточная биотехнологии
Влияние комплексов терапевтических антисенс-олигодезоксинуклеотидов с катионными полимерами на дыхание клеток
1Козак М. Р., 1Остапив Д. Д., 2Митина Н. Е., 1Волянюк К. А., 2Петрух И. М., 2Заиченко А. С., 3Влизло В. В.
  1. Институт биологии животных НААН
    ул. Стуса, 38, Львов, Украина, 79034
  2. Национальный университет «Львовская политехника»
    12, ул Степана Бандеры, Украина, 79013
  3. Львовский национальный университет ветеринарной медицины и биотехнологий имени Степана Гжицкого
    ул. Пекарская, 50, Львов, Украина, 79010

Abstract

Антисенс-ДНК технологии – это новая стратегия лечения протеинопатий, как прионные инфекции, болезнь Альцгеймера и другие. Эта стратегия требует длительного введения лекарств, которые, вероятно, изменят окислительно-восстановительные процессы в клетках. Цель. Оценка выживания клеток и интенсивности окислительных процессов in vitro под влиянием антисенс-олигодезоксинуклеотидов (асОДН) как ингибиторов физиологического приона (PrPC) в комплексе с катионным полиэлектролитом. Методы. Изучение цитотоксической активности на модельных клетках (сперматозоиды быка), исследование образования комплексов между полимером и асОДН путем свободной диффузии в геле агарозы, полярографическое и потенциометрическое измерения поглощения кислорода клетками, статистический анализ результатов исследования. Результаты. Установлено, что поликатионные полимеры на основе диметиламиноэтилметакрилата (ДМАЭМ) образуют комплексы с асОДН. Установлено, что все исследованные полимеры, содержащие полиэтиленгликоль (ПЭГ), увеличивают потребление кислорода клетками: на 18 % (VI), на 37 % (IV) и в 2,6 раза (V). Добавление в клеточную среду комплекса IV–асОДН не влияло на поглощение кислорода, но усиливало восстановительные процессы. Полимерный комплекс V–асОДН увеличивал дыхание клеток в 1,95 раза, что ниже, чем действие отдельного полимера V на эти клетки. Полимер VI по отдельности увеличивал поглощение кислорода клетками на 18 %, а в комплексе с асОДН – на 36 %. Полимер VI обладал наименьшей цитотоксичностью. Выводы. Разработаны новые катионные полимеры, способные формировать комплексы с асОДН. Полимер VI оказывает наименьшее влияние на окислительно-восстановительные процессы модельных клеток и имеет наименьшее цитотоксическое действие in vitro.
Keywords: антисенс-олигодезоксинуклеотиды, комплексы полиэлектролитов, цитотоксичность, окислительно-восстановительные процессы, прион.

References

[1] Nicoll AJ, Collinge J. Preventing prion pathogenicity by targeting the cellular prion protein. Infect. Disord Drug Targets. 2009; 9(1):48-57.
[2] Susol NU. Influence of complexes of antisense-oligonucleotides with polymeric carriers on content of cellular prion in rat organs. Studia Biologica. 2017; 11(1):59-66.
[3] Stein CA, Cohen JS. Oligodeoxynucleotides as inhibitors of gene expression: a review. Cancer Res. 1988; 48(10): 2659-68.
[4] Stadnyk VV, Izyumova LA, Rzhepeckyy YuA, Mayor ChYa, Verbitskyy PI, Vlizlo VV. Antisense oligonucleotides as potential drugs for prophylaxis of prion infections. Ukr Biochem J. 2009; 81(4):112-116.
[5] Kozak MR, Ivanytska LA, Zaichenko OS, Ostapiv DD, Vlizlo VV. Detection of complexes of oligodeoxynucleo-tides with polymericcarriers. Biotechnol Acta. 2013;6(5): 94-9.
[6] Ivanytska L, Stadnyk V, Kozak M, Zaichenko A, Mitina N, Vlizlo V. Nonviral nanoscale-based delivery of antisense oligonucleotides enhances inhibition of the cellular prion expression in vivo. Bridges in Life Sciences 6th Annual Scientific Meeting, 8-11 April, 2011: Biopolуm Cell. 2011; 27 (2 Supl): 136.
[7] Peña FJ., O'Flaherty C, Rodríguez JMO, Cano FEM, Gaitskell-Phillips GL, Gil MC, Ferrusola CO. Redox Regula-tion and Oxidative Stress: The Particular Case of the Stallion Spermatozoa. Antioxidants. 2019; 8(11): 23.
[8] Paiuk O, Mitina N, SloufM, Pavlova E, FiniukN, KinashN, KarkhutA, MankoN, GromovoyT, HevusO, Shermolo-vichYu, StoikaR, ZaichenkoA. Fluorine-containing block/branched polyamphiphiles forming bioinspired com-plexes with biopolymers. Colloids Surf B Biointerfaces. 2019; 174:393-400.
[9] Dikyy MA. Synthesis and somerections of peroxide monomers - derivatives of isopropenyl benzene. Russ J Org Chem. 1981;17: 353.
[10] Braun D, Cherdron H, Ritter H. PolymerSynthesis: TheoryandPractice: Fundamentals, Methods, Experiments; Springer:Heidelberg, Germany. 2004.
[11] Kozak MR, Ivanytska LA, Zaichenko OS, Ostapiv DD, Vlizlo VV. Detection of complexes of oligodeoxynucleo-tides with polymeric carriers. Biotechnologia Acta. 2013; 6 (5): 94-99.
[12] Kozak MR, Vlizlo VV, Ivanytska LA. Method for detection of poliplexoligodeoxynucleotides with cationic oligoelectrolytes. A utility model № 70080, 2012.
[13] Srivastava N. Protocols in semen biology (Comparing assays). Springer Nature Singapore, 2017; 285p.
[14] Chen Q, Vazquez EJ, Moghaddas S, Hoppel CL, Lesnefsky EJ. Production of reactive oxygen species by mito-chondria: central role of complex III. J Biol Chem. 2003; 278:36027-31.
[15] Faris R, Moore RA, Ward A, Sturdevant DE, Priola SA, Beemon KL. Mitochondrial respiration is impaired during late-stage hamster prion infection. J. Virol. 2017;91(18): 1-15.
[16] Chang I. The action of iodoacetate and fluoride on the isolated rabbit's auricle. Exp Physiol. 1938; 137-47.
[17] Esposti MD. Inhibitors of NADH-ubiquinone reductase: an overview. Biochim Biophys Acta. 1998;1364(2):222-35.
[18] Choi W-S, Palmiter RD, Xia Z. Loss of mitochondrial complex I activity potentiates dopamine neuron death induced by microtubule dysfunction in a Parkinson's disease model. J Cell Biol. 2011; 192(5): 873-82.
[19] Leary SC, Hills BC, Lyons CN, Carison CG, Michaud D, Kraft CS, Ko K, Glerum DM, Moyes CD. Chronic treatment with azide in situ leads to an irreversible loss of cytochrome c oxidase activity via holoenzyme dissoci-ation. J Biol Chem. 2002;277(13):11321-8.
[20] ZuoY, HuJ, XuX, GaoX, WangY, Zhu S. Sodiumazide induces mitochondria mediated apoptosis in PC12 cells through Pgc 1α associated signaling pathway. Mol Med Rep. 2019;19(3): 2211-9.
[21] Zholobak NM. Àntibacterial effects of the volloidal (nanosized) cerium dioxide. Bulletin of problems in biology and medicine. 2015;3(123): 23-8.
[22] Chen L, Yan C, Zheng Z. Functional polymer surfaces for controlling cell behaviors. Mater Today. 2018;21(1):38-59.
[23] Pakulova OK, Klochkov VK, Kavok NS, Kostina IA, SopotovaAS, Bondarenko VA. Effect of rare-earth-based nanoparticles on the erythrocyte osmotic adaptation. Biophys Bull. 2017;37 (1):42-50.
[24] Turrens JF. Mitochondrial formation of reactive oxygen species. J Physiol. 2003; 552 (2): 335-44.
[25] Nemoto S, Takeda K, Yu Z-X, Ferrans VJ, Finkel T. Role for mitochondrial oxidants as regulators of cellular metabolism. Mol Cell Biol. 2000;20 (19): 7311-8.
[26] Zhao R, Jiang S, Zhang L, Yu Z‑B. Mitochondrial electron transport chain, ROS generation and uncoupling. Іnt J Mol Med. 2019; 44: 3-15.
[27] Orrenius S, Gogvadze V, Zhivotovsky B. Mitochondrial oxidative stress: Implications for cell death. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2007; 47:143-83.