Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1037310.32607/20758251-2017-9-4-92-100Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleDirect Molecular Fishing of New Protein Partners for Human Thromboxane SynthaseПрямой молекулярный фишинг новых белков-партнеров тромбоксансинтазы человекаSviridA. V.СвиридA. В.
Belarus
yu.mezentsev@gmail.comErshovP. V.ЕршовП. В.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comYablokovE. O.ЯблоковE. O.yu.mezentsev@gmail.comKaluzhskiyL. A.КалужскийЛ. А.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comMezentsevYu. V.МезенцевЮ. В.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comFlorinskayaA. V.ФлоринскаяA. В.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comSushkoT. A.СушкоT. A.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comStrushkevichN. V.СтрушкевичН. В.
Belarus
yu.mezentsev@gmail.comGilepA. A.ГилепA. A.
Belarus
yu.mezentsev@gmail.comUsanovS. A.УсановС. A.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comMedvedevA. E.МедведевA. E.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comIvanovA. S.ИвановA. С.
Russian Federation
yu.mezentsev@gmail.comInstitute of Bioorganic Chemistry, National Academy of Sciences of BelarusИнститут биоорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Biomedical ChemistryНаучно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. ОреховичаThe University of Tokyo1512201794VOL 9, NO4 (2017)ТОМ 9, №4 (2017)9210017012020Copyright ©; 2017, Svirid A.V., Ershov P.V., Yablokov E.O., Kaluzhskiy L.A., Mezentsev Y.V., Florinskaya A.V., Sushko T.A., Strushkevich N.V., Gilep A.A., Usanov S.A., Medvedev A.E., Ivanov A.S.Copyright ©; 2017, Свирид A.В., Ершов П.В., Яблоков E.O., Калужский Л.А., Мезенцев Ю.В., Флоринская A.В., Сушко T.A., Струшкевич Н.В., Гилеп A.A., Усанов С.A., Медведев A.E., Иванов A.С.2017Svirid A.V., Ershov P.V., Yablokov E.O., Kaluzhskiy L.A., Mezentsev Y.V., Florinskaya A.V., Sushko T.A., Strushkevich N.V., Gilep A.A., Usanov S.A., Medvedev A.E., Ivanov A.S.Свирид A.В., Ершов П.В., Яблоков E.O., Калужский Л.А., Мезенцев Ю.В., Флоринская A.В., Сушко T.A., Струшкевич Н.В., Гилеп A.A., Усанов С.A., Медведев A.E., Иванов A.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10373

Thromboxane synthase (TBXAS1) catalyzes the isomerization reaction of prostaglandin H2 producing thromboxane A2, the autocrine and paracrine factor in many cell types. A high activity and metastability by these arachidonic acid derivatives suggests the existence of supramolecular structures that are involved in the regulation of the biosynthesis and directed translocation of thromboxane to the receptor. The objective of this study was to identify TBXAS1 protein partners from human liver tissue lysate using a complex approach based on the direct molecular fishing technique, LC-MS/MS protein identification, and protein-protein interaction validation by surface plasmon resonance (SPR). As a result, 12 potential TBXAS1 protein partners were identified, including the components regulating cytoskeleton organization (BBIP1 and ANKMY1), components of the coagulation cascade of human blood (SERPINA1, SERPINA3, APOH, FGA, and FN1), and the enzyme involved in the metabolism of xenobiotics and endogenous bioregulators (CYP2E1). SPR validation on the Biacore 3000 biosensor confirmed the effectiveness of the interaction between CYP2E1 (the enzyme that converts prostaglandin H2 to 12-HHT/thromboxane A2 proantagonist) and TBXAS1 (Kd = (4.3 ± 0.4) × 10-7 M). Importantly, the TBXAS1•CYP2E1 complex formation increases fivefold in the presence of isatin (indole-2,3-dione, a low-molecular nonpeptide endogenous bioregulator, a product of CYP2E1). These results suggest that the interaction between these hemoproteins is important in the regulation of the biosynthesis of eicosanoids.

Тромбоксансинтаза (TBXAS1) катализирует реакцию изомеризации простагландина Н2 с образованием тромбоксана А2 - аутокринного и паракринного фактора многих клеток. Высокая активность и метастабильность этих производных арахидоновой кислоты позволяют предположить существование надмолекулярных структур, участвующих в регуляции биосинтеза и адресной транслокации тромбоксана к рецептору. Целью настоящей работы была идентификация белков-партнеров TBXAS1 из лизата ткани печени человека с использованием комплексного подхода, основанного на применении технологии прямого молекулярного фишинга, LC-MS/MS-идентификации белков и валидации белок-белкового взаимодействия с помощью поверхностного плазмонного резонанса (SPR). Идентифицированы 12 потенциальных белков-партнеров TBXAS1, в том числе компоненты, регулирующие организацию цитоскелета (BBIP1 и ANKMY1), компоненты коагуляционного каскада крови (SERPINA1, SERPINA3, APOH, FGA и FN1) и фермент метаболизма ксенобиотиков и эндогенных биорегуляторов (CYP2E1). SPR-валидация на биосенсоре Biacore 3000 подтвердила эффективность взаимодействия CYP2E1 (фермент метаболизма простагландина Н2 до 12-HHT/проантагониста тромбоксана А2) с TBXAS1 (Kd - (4.3 ± 0.4) × 10-7 М). Показательно, что аффинность комплексообразования TBXAS1•CYP2E1 пятикратно возрастает в присутствии изатина (индол-2,3-дион, низкомолекулярный непептидный эндогенный биорегулятор, продукт CYP2E1). Полученные нами результаты позволяют предположить важность взаимодействия данных гемопротеинов в регуляции биосинтеза эйкозаноидов.

Thromboxane synthase (CYP5A1, TBXAS1)cytochrome P450surface plasmon resonancedirect molecular fishingprotein partnersisatinбелки-партнерыизатинповерхностный плазмонный резонанспрямой молекулярный фишингтромбоксансинтаза (CYP5A1, TBXAS1)цитохром P450Preparation of recombinant proteins was carried out at the Institute of Bioorganic Chemistry of the Belarusian Academy of Sciences and supported by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (Grant No Х16Р-062). The studies on molecular fishing and identification of potential TBXAS1 protein partners were carried out at the Institute of Biomedical Chemistry and supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No 16-54-00097 Bel_a), and the study of the effect of isatin on PPI involving TBXAS1 was supported by the Russian Science Foundation (grant No 16-14 -10327). LC-MS/MS protein identification was performed using equipment from the “Human Proteome” Core Facilities of the Institute of Biomedical Chemistry (Russia).Работы по получению рекомбинантных белков выполнены в ИБОХ НАН Беларуси при поддержке БРФФИ (грант № Х16Р–062). Работы по молекулярному фишингу и идентификации потенциальных белков-партнеров тромбоксансинтазы были выполнены в ИБМХ при поддержке РФФИ (грант № 16–54–00097 Бел_а), а работы по исследованию влияния изатина на ББВ с участием TBXAS1 – при поддержке РНФ (грант № 16-14-10327). LCMS/MS-идентификация белков выполнена в ЦКП «Протеом человека» при ИБМХ.[1] Waterman M.R., Pikuleva I.A. // Encyclopedia of Molecular Cell Biology and Molecular Medicine, Weinheim, Germany: Wiley-VCH., 2006. 716 p. 2006[2] Hamberg M., Svensson J., Samuelsson B. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1975, V.72, №8, P.2994-2998[3] Haurand M., Ullrich V. // J. Biol. Chem. 1985, V.260, P.15059-15067[4] Uchida K. // Trends Cardiovasc. Med. 1999, V.9, №5, P.109-113[5] Chaudhary A.K., Nokubo M., Reddy G.R., Yeola S.N., Morrow J.D., Blair I.A., Marnett L.J. // Science. 1994, V.265, №5178, P.1580-1582[6] Sadowitz P.D., Setty B.N., Stuart M. // Prostaglandins. 1987, V.34, №5, P.749-763[7] Ruf A., Mundkowski R., Siegle I., Hofmann U., Patscheke H., Meese C.O. // Br. J. Haematol. 1998, V.101, №1, P.59-65[8] Shen R.F., Tai H.H. // J. Biol. Chem. 1986, V.261, №25, P.11592-11599[9] Ullrich V., Nüsing R. // Stroke. 1990, V.21, №12, SSuppl, PtIV, P.134-138[10] Nüsing R., Sauter G., Fehr P., Dürmüller U., Kasper M., Gudat F., Ullrich V. // Virchows Arch. A. Pathol. Anat. Histopathol. 1992, V.421, №3, P.249-254[11] Huang J.S., Ramamurthy S.K., Lin X., Le Breton G.C. // Cell. Signal. 2004, V.16, №5, P.521-533[12] Ivanov A.S., Zgoda V.G., Archakov A.I. // Russ. J. Bioorganic Chem. 2011, V.37, №1, P.4-16[13] Huttlin E.L., Ting L., Bruckner R.J., Gebreab F., Gygi M.P., Szpyt J., Tam S., Zarraga G., Colby G., Baltier K. // Cell. 2015, V.162, №2, P.425-440[14] Nathan J.A., Kim H.T., Ting L., Gygi S.P., Goldberg A.L. // EMBO J. 2013, V.32, №4, P.552-565[15] Ershov P., Mezentsev Y., Gnedenko O., Mukha D., Yantsevich A., Britikov V., Kaluzhskiy L., Yablokov E., Molnar A., Ivanov A. // Proteomics. 2012, V.12, №22, P.3295-3298[16] Ivanov A.S., Medvedev A., Ershov P., Molnar A., Mezentsev Y., Yablokov E., Kaluzhsky L., Gnedenko O., Buneeva O., Haidukevich I. // Proteomics. 2014, V.14, №20, P.2261-2274[17] Ivanov A.S., Ershov P.V., Molnar A.A., Mezentsev Y.V., Kaluzhskiy L.A., Yablokov E.O., Florinskaya A.V., Gnedenko O.V., Medvedev A.E., Kozin S.A. // Russ. J. Bioorganic Chem. 2016, V.42, №1, P.14-21[18] Gillam E.M., Notley L.M., Cai H., De Voss J.J., Guengerich F.P. // Biochemistry. 2000, V.39, №45, P.13817-13824[19] Medvedev A.E., Clow A., Sandler M., Glover V. // Biochem. Pharmacol. 1996, V.52, №3, P.385-391[20] Medvedev A., Igosheva N., Crumeyrolle-Arias M., Glover V. // Stress. 2005, V.8, №3, P.175-183[21] Medvedev A., Buneeva O., Glover V. // Biologics. 2007, V.1, №2, P.151-162[22] Pandeya S.N., Smitha S., Jyoti M., Sridhar S.K. // Acta Pharm. 2005, V.55, №1, P.27-46[23] Sergeev G.V., Gilep A.A., Usanov S.A. // Biochemistry (Moscow). 2014, V.79, №5, P.406-416[24] Dormeshkin D.O., Svirid A.V., Gilep A.A., Usanov S.A. // Proceedings of the National Academy of sciences of Belarus. 2015, V.59, №2, P.53-60[25] Wiśniewski J.R., Zougman A., Nagaraj N., Mann M. // Nat. Methods. 2009, V.6, №5, P.359-362[26] Loktev A.V., Zhang Q., Beck J.S., Searby C.C., Scheetz T.E., Bazan J.F., Slusarski D.C., Sheffield V.C., Jackson P.K., Nachury M.V. // Dev. Cell. 2008, V.15, №6, P.854-865[27] Cerecedo D. // Blood Coagul. Fibrinolysis. 2013, V.24, P.798-808[28] Mosavi L.K., Cammett T.J., Desrosiers D.C., Peng Z. // Protein Sci. 2004, V.13, №6, P.1435-1448[29] Moussavi-Harami S.F., Annis D.S., Ma W., Berry S.M., Coughlin E.E., Strotman L.N., Maurer L.M., Westphall M.S., Coon J.J., Mosher D.F. // J. Proteome Res. 2013, V.12, №7, P.3393-3404[30] Pankov R., Yamada K.M. // J. Cell Sci. 2002, V.115, Pt20, P.3861-3863[31] Lu Y., Cederbaum A.I. // Free Radic. Biol. Med. 2008, V.44, №5, P.723-738[32] Arnold C., Konkel A., Fischer R., Schunck W.H. // Pharmacol. Rep. 2010, V.62, №3, P.536-547[33] Davydov D.R., Davydova N.Y., Sineva E. V., Halpert J.R. // J. Biol. Chem. 2015, V.290, №6, P.3850-3864[34] Gnedenko O.V., Yablokov E.O., Usanov S.A., Mukha D.V., Sergeev G.V., Bulko T.V., Kuzikov A.V., Moskaleva N.E., Shumyantseva V.V., Ivanov A.S. // Chem. Phys. Lett. 2014, V.593, P.40-44[35] Bridges A., Gruenke L., Chang Y.T., Vakser I.A., Loew G., Waskell L. // J. Biol. Chem. 1998, V.273, №27, P.17036-17049[36] Strushkevich N., MacKenzie F., Cherkesova T., Grabovec I., Usanov S., Park H.W. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011, V.108, №25, P.10139-10143[37] Lewis D.F., Hlavica P. // Biochim. Biophys. Acta. 2000, V.1460, №2-3, P.353-374[38] Fallo F., Pezzi1 V., Barzon L., Mulatero P., Veglio F., Sonino N., Mathis J. M. // Eur. J. Endocrinol. 2002, V.147, P.795-802[39] Buneeva O.A., Kopylov A.T., Tikhonova O. V., Zgoda V.G., Medvedev A.E., Archakov A.I. // Biochemistry (Moscow). 2012, V.77, №11, P.1326-1338[40] Buneeva O., Gnedenko O., Zgoda V., Kopylov A., Glover V., Ivanov A., Medvedev A., Archakov A. // Proteomics. 2010, V.10, №1, P.23-37[41] Medvedev A.E., Buneeva O.A., Kopylov A.T., Gnedenko O.V., Medvedeva M.V., Kozin S.A., Ivanov A.S., Zgoda V.G., Makarov A.A. // Int. J. Mol. Sci. 2014, V.16, №1, P.476-495