DOI: https://doi.org/10.18524/2304-0947.2018.3(67).140802

ВПЛИВ КОНФОРМАЦІЙНИХ ЗМІН У МОЛЕКУЛІ АЛЬБУМІНУ (BSA) НА СПЕКТРАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ СКВАРАЇНОВОГО ТА ДИЦІАНОМЕТИЛЕН-СКВАРАЇНОВОГО БАРВНИКІВ

I. V. Hovor, O. M. Obukhova, A. L. Tatarets, O. S. Kolosova, L. D. Patsenker

Анотація


Досліджено вплив конформаційних змін в молекулі сироваткового альбуміну бика (BSA) на спектральні властивості сквараїнового барвника Sq1 при ковалентному та нековалентному зв’язуванні з BSA; диціанометиленового сквараїнового барвника Sq2 при нековалентному зв’язуванні з BSA; а також можливість використання ферстерівського резонансного переносу енергії (FRET) між барвниками Sq1 (донор) і Sq2 (акцептор) для флуоресцентного моніторингу конформаційних змін в молекулі BSA. Конформаційні зміни ініціювали сечовиною в концентраціях до 8 М. Барвник Sq1 поглинає і випромінює у водному середовищі при 635 нм і 645 нм, а барвник Sq2 – відповідно, 654 нм і 670 нм. Встановлено, що ковалентне зв’язування барвників Sq1 і Sq2 з BSA, а також утворення їх комплексів з BSA приводять до довгохвильового зсуву смуг поглинання і флуоресценції, та зростання квантового виходу флуоресценції. Розгортання молекули BSA зменшує інтенсивність флуоресценції у комплексі барвника Sq2 з BSA в три рази, а зміна інтенсивності флуоресценції барвника Sq1 у кон’югаті з BSA складає лише 20%. У той же час, ефективність переносу енергії (FRET) з барвника-донора Sq1, кон’югованого з BSA, на некон’югований барвник-акцептор Sq2 зменшується при конформаційних змінах в BSA значно більше, приблизно в 10 разів. Таким чином, метод FRET є найбільш чутливим і може бути запропонований для моніторингу конформаційних змін в молекулах BSA.

Ключові слова


сквараїнові барвники; альбумін; конформація, флуоресценція; FRET

Повний текст:

PDF

Посилання


Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. – 3rd ed., Springer, 2006, 960 p.

Szöllősi J., Damjanovich S., Mátyus L. Application of Fluorescence Resonance Energy Transfer in the Clinical Laboratory: Routine and Research. Cytometry (Communications in Clinical Cytometry), 1998, vol. 34,pp. 159–179. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0320(19980815)34:4<159::AID-CYTO1>3.0.CO;2-B

Carrell R.W., Lomas D.A. Conformational disease. Lancet, 1997, vol. 350, pp. 134–138. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(97)02073-4

Ellisdon A.M., Bottomley St.P. The Role of Protein Misfolding in the Pathogenesis of Human Diseases. Life,2004, vol. 56, no 3, pp. 119–123. https://doi.org/10.1080/15216540410001674003

Carrell R.W. Cell toxicity and conformational disease. Trends in Cell Biology, 2005, vol. 15, no 11, pp. 574–580. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2005.09.005

Dorh N., Zhu1 Sh., Dhungana K. B., Pati R., Luo F.-T., Liu H., Tiwari A. BODIPY-based fluorescent probes for sensing protein surface-hydrophobicity. Scientific Reports, 2015, vol. 5, 18337. https://doi.org/10.1038/srep18337

Oushiki D., Kojima H., Takahashi Y., Komatsu T., Terai T., Hanaoka K., Nishikawa M., Takakura Y., Nagano T. Near-Infrared Fluorescence Probes for Enzymes Based on Binding Affinity Modulation of Squarylium Dye Scaffold. Analyt. Chem., 2012, vol. 84, pp. 4404−4410. https://doi.org /10.1021/ac300061a

Maiti J., Biswasa S., Chaudhurib A., Chakraborty S., Chakraborty S., Das R. Environment Sensitive Fluorescent Analogue of Biologically Active Oxazoles Differentially Recognizes Human Serum Albumin and Bovine Serum Albumin: Photophysical and Molecular Modeling Studies. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2017, vol. 175, pp. 191–199. https://doi.org/10.1016/j.saa.2016.12.032

Govor I.V., Tatarets A.L., Obukhova O.M., Terpetschnig E.A., Gellerman G., Patsenker L.D. Tracing the conformational changes in BSA using FRET with environmentally-sensitive squaraine probes. Methods Appl. Fluoresc., 2016, vol. 4, 024007. https://doi.org/10.1088/2050-6120/4/2/024007

Brennan J.M., Hollingshead S.E., Wilker J.J., Liu J.C. Critical factors for the bulk adhesion of engineered elastomeric proteins. R. Soc. Open. Sci., 2018, vol. 5, 171225. https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4079948

Das A., Mukhopadhyay Ch. Urea-Mediated Protein Denaturation: A Consensus View. J. Phys. Chem. B, 2009,vol. 113, pp. 12816–12824. https://dx.doi.org/ 10.1021/jp906350s

Tatarets A.L., Fedyunyayeva I.A., Dyubko T.S., Povrozin Ye.A., Doroshenko A.O., Terpetschnig E.A., Patsenker L.D. Synthesis of water-soluble, ring-substituted squaraine dyes and their evaluation as fluorescent probes and labels. Anal. Chim. Acta., 2006, vol. 570, no 2, pp. 214–223. https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.04.019

Volkova K.D., Kovalska V.B., Tatarets A.L., Patsenker L.D., Kryvorotenko D.V., Yarmoluk S.M. Spectroscopic study of squaraines as protein-sensitive fluorescent dyes. Dyes and Pigments., 2007, vol. 72, no 3, pp. 285–292. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2005.09.007

Bannwarth W., Knorr R. Formation of carboxamides with N,N,N′,N′-tetramethyl(succinimido)uranium tetrafluoroborate in aqueous / organic solvent systems. Tetrahedron Lett., 1991, Vol. 32, N 9, pp. 1157–1160. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(00)92032-X

Knorr R., Trzeciak A., Bannwarth W. New coupling reagents in peptide chemistry. Tetrahedron Lett., 1989, vol.30, no 15, pp. 1927–1930. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(00)99616-3

Lin Yu., Weissleder R., Tung Ch.-H. Novel near-infrared cyanine fluorochromes: synthesis, properties, and bioconjugation. Bioconjugate Chem., 2002, vol. 13, no 3, pp. 605–610. https://doi.org/10.1021/bc0155723

Parker C.A., Photoluminescence of solutions. Elsevier, Amsterdam, 1968, 544 p.

Mujumdar R.B., Ernst L.A., Mujumdar S.R., Lewis Ch.J., Waggoner A.S. Cyanine dye labeling reagents: sulfoindocyanine succinimidyl esters. Bioconjugate Chem., 1993, vol. 4, pp. 105–111. https://doi.org/10.1021/bc00020a001

Warren J.R., Gordon Ju.A. On the Refractive Indices of Aqueous Solutions of Urea. Phys. Chem., 1966, vol. 70, no 1, pp. 297–300. https://doi.org/10.1021/j100873a507

Mujumdar S.R., Mujumdar R.B., Grant Ch.M., Waggoner A.S. Cyanine-labeling reagents: Sulfobenzindocyanine succinimidyl esters. Bioconjugate Chem., 1996, vol. 7, pp. 356–365. https://doi.org/10.1021/bc960021b

Mishra A., Behera R.K., Behera P.K., Mishra B.K., Behera G.B. Cyanines during the 1990s: A Review. Chem. Rev., 2000, vol. 100, no 6, pp. 1973–2012. https://doi.org/10.1021/cr990402t


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. – 3rd ed., Springer, 2006, 960 p.

2. Szöllősi J., Damjanovich S., Mátyus L. Application of Fluorescence Resonance Energy Transfer in the Clinical Laboratory: Routine and Research // Cytometry (Communications in Clinical Cytometry). – 1998. – Vol. 34. – P.159–179. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0320(19980815)34:4<159::AID-CYTO1>3.0.CO;2-B

3. Carrell R.W., Lomas D.A. Conformational disease. // Lancet. – 1997. – Vol. 350. – P. 134–138. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(97)02073-4

4. Ellisdon A.M., Bottomley St.P. The Role of Protein Misfolding in the Pathogenesis of Human Diseases. //Life. – 2004. – Vol. 56, N 3. – P. 119–123. https://doi.org/10.1080/15216540410001674003

5. Carrell R.W. Cell toxicity and conformational disease. // Trends in Cell Biology. – 2005. – Vol. 15, N 11. – P.574–580. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2005.09.005

6. Dorh N., Zhu1 Sh., Dhungana K.B., Pati R., Luo F.-T., Liu H., Tiwari A. BODIPY-based fluorescent probes for sensing protein surface-hydrophobicity. // Scientific Reports. – 2015. – Vol. 5. – P. 18337. https://doi.org/10.1038/srep18337

7. Oushiki D., Kojima H., Takahashi Y., Komatsu T., Terai T., Hanaoka K., Nishikawa M., Takakura Y., Nagano T. Near-Infrared Fluorescence Probes for Enzymes Based on Binding Affinity Modulation of Squarylium Dye Scaffold. // Analyt. Chem. – 2012. – Vol. 84. – P. 4404−4410. https://doi.org /10.1021/ac300061a

8. Maiti J., Biswasa S., Chaudhurib A., Chakraborty S., Chakraborty S., Das R. Environment Sensitive Fluorescent Analogue of Biologically Active Oxazoles Differentially Recognizes Human Serum Albumin and Bovine Serum Albumin: Photophysical and Molecular Modeling Studies. // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2017. – Vol. 175. – P. 191–199. https://doi.org/10.1016/j.saa.2016.12.032

9. Govor I.V., Tatarets A.L., Obukhova O.M., Terpetschnig E.A., Gellerman G., Patsenker L.D. Tracing the conformational changes in BSA using FRET with environmentally-sensitive squaraine probes. // Methods Appl. Fluoresc. – 2016. – Vol. 4, N 2. – 024007. https://doi.org/10.1088/2050-6120/4/2/024007

10. Brennan J.M., Hollingshead S.E., Wilker J.J., Liu J.C. Critical factors for the bulk adhesion of engineered elastomeric proteins. // R. Soc. Open. Sci. – 2018. – Vol. 5. – 171225. https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4079948

11. Das A., Mukhopadhyay Ch. Urea-Mediated Protein Denaturation: A Consensus View. // J. Phys. Chem. B –2009. – Vol. 113. – P. 12816–12824. https://dx.doi.org/ 10.1021/jp906350s

12. Tatarets A.L., Fedyunyayeva I.A., Dyubko T.S., Povrozin Ye.A., Doroshenko A.O., Terpetschnig E.A., Patsenker L.D. Synthesis of water-soluble, ring-substituted squaraine dyes and their evaluation as fluorescent probes and labels. // Anal. Chem. Acta. – 2006. – Vol. 570, N 2. – P. 214–223. https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.04.019

13. Volkova K.D., Kovalska V.B., Tatarets A.L., Patsenker L.D., Kryvorotenko D.V., Yarmoluk S.M. Spectroscopic study of squaraines as protein-sensitive fluorescent dyes. // Dyes and Pigments. – 2007. – Vol. 72, N 3. – P.285–292. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2005.09.007

14. Bannwarth W., Knorr R. Formation of carboxamides with N,N,N′,N′-tetramethyl(

succinimido)uranium tetrafluoroborate in aqueous / organic solvent systems. // Tetrahedron Lett. – 1991. – Vol. 32, N 9. – P. 1157–1160. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(00)92032-X

15. Knorr R., Trzeciak A., Bannwarth W. New coupling reagents in peptide chemistry. // Tetrahedron Lett. – 1989. –Vol. 30, N 15. – P. 1927–1930. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(00)99616-3

16. Lin Yu., Weissleder R., Tung Ch.-H. Novel near-infrared cyanine fluorochromes: synthesis, properties, and bioconjugation. // Bioconjugate Chem. – 2002. – Vol. 13, N 3. – P. 605–610. https://doi.org/10.1021/bc0155723

17. Parker C.A. Photoluminescence of solutions. // Elsevier, Amsterdam. – 1968, 544 p.

18. Mujumdar R.B., Ernst L.A., Mujumdar S.R., Lewis Ch.J., Waggoner A.S. Cyanine dye labeling reagents: sulfoindocyanine succinimidyl esters. // Bioconjugate Chem. – 1993. – Vol. 4. – P. 105–111. https://doi.org/10.1021/bc00020a001

19. Warren J.R., Gordon Ju.A. On the Refractive Indices of Aqueous Solutions of Urea. // Phys. Chem. – 1966. –Vol. 70. – P. 297–300. https://doi.org/10.1021/j100873a507

20. Mujumdar S.R., Mujumdar R.B., Grant Ch.M., Waggoner A.S. Cyanine-labeling reagents: Sulfobenzindocyanine succinimidyl esters. // Bioconjugate Chem. – 1996. – Vol. 7. – P. 356–365. https://doi.org/10.1021/bc960021b

21. Mishra A., Behera R.K., Behera P.K., Mishra B.K., Behera G.B. Cyanines during the 1990s: A Review. // Chem. Rev. – 2000. – Vol. 100, N 6. – P. 1973–2012. https://doi.org/10.1021/cr990402t





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.