Biopolym. Cell. 2021; 37(5):357-368.
Молекулярна та клітинна біотехнології
Вплив комплексів терапевтичних антисенс-олігодезоксинуклеотидів з катіонними полімерами на дихання клітин
1Козак М. Р., 1Остапів Д. Д., 2Мітіна Н. Є., 1Волянюк К. А., 2Петрух І. М., 2Заіченко О. С., 3Влізло В. В.
  1. Інститут біології тварин НААН
    вул. Стуса, 38, Львів, Україна, 79034
  2. Національний університет «Львівська політехніка»
    12, вул Степана Бандери, Львів, Україна, 79013
  3. Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій імені Степана Гжицького
    вул. Пекарська, 50, Львів, Україна, 79010

Abstract

Антисенс-ДНК технології – це нова стратегія лікування пріонних інфекцій. Ця стратегія вимагає тривалого введення ліків, які, ймовірно, змінять окисно-відновні процеси в клітинах. Мета. Оцінка виживання клітин та інтенсивності окисних процесів in vitro під впливом антисенс-олігодезоксинуклеотидами (асОДН) як інгібіторів фізіологічного пріонн (PrPC) у комплексі з катіонним поліелектролітом. Методи. Дослідження утворення комплексів між полімерами різної природи та асОДН – шляхом вільної дифузії в гелі агарози, цитотоксичної активності – на модельних клітинах (спермії бугая), поглинання кисню й відновну здатність клітин – полярографічно та потенціометрично, аналіз результатів дослідження – статистично. Результати. Встановлено, що полікатіонні полімери на основі диметиламіноетилметакрилату (DMAEM) утворюють комплекси з асОДН. Було встановлено, що всі досліджувані полімери, які містять поліетиленгліколь (ПЕГ), збільшують поглинання кисню клітинами: на 18 % (VI), на 37 % (IV) і в 2,6 рази для V. Додавання в клітинне середовище комплексу IV–асОДН не впливало на поглинання кисню, а посилювало процеси відновлення. Полімерний комплекс V–асОДН збільшив дихання клітин в 1,95 рази, що нижче, ніж окрема дія V на ці клітини. Полімер VI окремо збільшував клітинну абсорбцію кисню на 18 %, а в комплексі з асОДН — на 36 %. Полімер VI продемонстрував найнижчу цитотоксичність. Висновки. Розроблено нові катіонактивні полімери, які утворюють комплекси з асОДН. Найменший вплив на окисно-відновні процеси модельних клітин (сперміїв) чинить сполука полімерної природи VI, для якої характерна низька цитотоксична дія in vitro.
Keywords: антисенс-олігодезоксинуклеотиди, поліелектролітні комплекси, цитотоксичність, окисно-відновні процеси, пріон

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.