Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1048810.32607/20758251-2015-7-4-136-141Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleChemical Polysialylation and In Vivo Tetramerization Improve Pharmacokinetic Characteristics of Recombinant Human Butyrylcholinesterase-Based BioscavengersХимическое полисиалирование и in vivo тетрамеризация улучшают фармакокинетические характеристики биологических антидотов на основе рекомбинантной бутирилхолинэстеразы человекаTerekhovS. S.ТереховС. С.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comSmirnovI. V.СмирновИ. В.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comShamborantO. G.ШамборантO. Г.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comBobikT. V.БобикT. В.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comIlyushinD. G.ИлюшинД. Г.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comMurashevA. N.МурашевA. Н.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comDyachenkoI. A.ДьяченкоИ. A.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comPalikovV. A.ПаликовВ. A.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comKnorreV. D.КнорреВ. Д.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comBelogurovA. A.БелогуровA. A.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comPonomarenkoN. A.ПономаренкоН. A.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comKuzinaE. S.КузинаE. С.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comGenkinD. D.ГенкинД. Д.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comMassonP.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comGabibovA. G.ГабибовA. Г.
Russian Federation
sterekhoff@gmail.comShemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНKazan’ Federal UniversityКазанский федеральный университетBranch of the Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of SciencesФилиал Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНInstitute of Gene Biology of the Russian Academy of SciencesИнститут биологии гена РАНPharmsynthezОАО «Фармсинтез»1512201574VOL 7, NO4 (2015)ТОМ 7, №4 (2015)13614117012020Copyright ©; 2015, Terekhov S.S., Smirnov I.V., Shamborant O.G., Bobik T.V., Ilyushin D.G., Murashev A.N., Dyachenko I.A., Palikov V.A., Knorre V.D., Belogurov A.A., Ponomarenko N.A., Kuzina E.S., Genkin D.D., Masson P., Gabibov A.G.Copyright ©; 2015, Терехов С.С., Смирнов И.В., Шамборант O.Г., Бобик T.В., Илюшин Д.Г., Мурашев A.Н., Дьяченко И.A., Паликов В.A., Кнорре В.Д., Белогуров A.A., Пономаренко Н.A., Кузина E.С., Генкин Д.Д., Masson P., Габибов A.Г.2015Terekhov S.S., Smirnov I.V., Shamborant O.G., Bobik T.V., Ilyushin D.G., Murashev A.N., Dyachenko I.A., Palikov V.A., Knorre V.D., Belogurov A.A., Ponomarenko N.A., Kuzina E.S., Genkin D.D., Masson P., Gabibov A.G.Терехов С.С., Смирнов И.В., Шамборант O.Г., Бобик T.В., Илюшин Д.Г., Мурашев A.Н., Дьяченко И.A., Паликов В.A., Кнорре В.Д., Белогуров A.A., Пономаренко Н.A., Кузина E.С., Генкин Д.Д., Masson P., Габибов A.Г.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10488

Organophosphate toxins (OPs) are the most toxic low-molecular compounds. The extremely potent toxicity of OPs is determined by their specificity toward the nerve system. Human butyrylcholinesterase (hBChE) is a natural bioscavenger against a broad spectrum of OPs, which makes it a promising candidate for the development of DNA-encoded bioscavengers. The high values of the protective index observed for recombinant hBChE (rhBChE) make it appropriate for therapy against OP poisoning, especially in the case of highly toxic warfare nerve agents. Nevertheless, large-scale application of biopharmaceuticals based on hBChE is restricted due to its high cost and extremely rapid elimination from the bloodstream. In the present study, we examine two approaches for long-acting rhBChE production: I) chemical polysialylation and II) in-vivo tetramerization. We demonstrate that both approaches significantly improve the pharmacokinetic characteristics of rhBChE (more than 5 and 10 times, respectively), which makes it possible to use rhBChE conjugated with polysialic acids (rhBChE-CAO) and tetrameric rhBChE (4rhBChE) in the treatment of OP poisonings.

Фосфорорганические токсины (ФОТ), благодаря их направленному действию на нервную систему, входят в число наиболее токсичных низкомолекулярных соединений. Бутирилхолинэстераза человека (чБуХЭ) является естественным биологическим антидотом широкого спектра ФОТ, что делает ее перспективной для разработки ДНК-кодируемых биологических антидотов. Высокие значения защитного индекса, полученные при использовании в терапии рекомбинантной чБуХЭ (рчБуХЭ), характерны для отравлений высокотоксичными боевыми ФОТ. В то же время широкомасштабное применение препаратов чБуХЭ ограничено из-за их высокой стоимости и экстремально быстрого выведения рчБуХЭ из кровотока. В представленной работе проанализированы два подхода к увеличению продолжительности циркуляции рчБуХЭ: I) химическое полисиалирование и II) in vivo тетрамеризация. При помощи обоих подходов удается значительно (более чем в 5 и 10 раз соответственно) повысить фармакокинетические характеристики рчБуХЭ, что позволяет использовать препараты на основе конъюгатов с полисиаловыми кислотами (рчБуХЭ-ПСА) и тетрамерной рчБуХЭ (4рчБуХЭ) в терапии отравлений ФОТ.

bioscavengerbiopharmaceuticalbiodistributionbutyrylcholinesterasepolysialylationpharmacokineticsin vivo tetramerizationбиологический антидотбиологический препаратбиораспределениебутирилхолинэстеразаполисиалированиефармакокинетикаin vivo тетрамеризацияThis work was supported by a grant under the contract with the Russian Ministry of Education and Science RFMEFI60414X0069 and partially (by radiological analysis) by the RFBR grant No. 14-04-00647.Работа поддержана грантом по контракту с Минобрнаукой России RFМEFI60414X0069 и частично (проведение радиологического анализа) грантом РФФИ № 14-04-00647.[1] Gunnell D., Eddleston M., Phillips M.R., Konradsen F. // BMC Public Health. 2007, V.7, P.357[2] Eddleston M., Buckley N.A., Eyer P., Dawson A.H. // Lancet. 2008, V.371, P.597-607[3] Eddleston M., Eyer P., Worek F., Juszczak E., Alder N., Mohamed F., Senarathna L., Hittarage A., Azher S., Jeganathan K. // PLoS Med. 2009, V.6, e1000104[4] Nachon F., Brazzolotto X., Trovaslet M., Masson P. // Chem. Biol. Interact. 2013, V.206, P.536-544[5] Masson P., Lockridge O. // Arch. Biochem. Biophys. 2010, V.494, P.107-120[6] Masson P., Rochu D. // Acta Naturae. 2009, V.1, №1, P.68-79[7] Radic Z., Dale T., Kovarik Z., Berend S., Garcia E., Zhang L., Amitai G., Green C., Radic B., Duggan B.M. // Biochem. J. 2013, V.450, P.231-242[8] Wille T., Thiermann H., Worek F. // Arch. Toxicol. 2014, V.88, P.301-307[9] Shenouda J., Green P., Sultatos L. // Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009, V.241, P.135-142[10] Sun W., Doctor B.P., Lenz D.E., Saxena A. // Chem. Biol. Interact. 2008, V.175, P.428-430[11] Duysen E.G., Bartels C.F., Lockridge O. // J. Pharmacol. Exp. Ther. 2002, V.302, P.751-758[12] Huang Y.J., Huang Y., Baldassarre H., Wang B., Lazaris A., Leduc M., Bilodeau A.S., Bellemare A., Cote M., Herskovits P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007, V.104, P.13603-13608[13] Geyer B.C., Kannan L., Garnaud P.-E., Broomfield C.A., Cadieux C.L., Cherni I., Hodgins S.M., Kasten S.A., Kelley K., Kilbourne J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.107, P.20251-20256[14] Rosenberg Y.J., Gearhart J., Mao L., Jiang X., Hernandez-Abanto S. // Chem. Biol. Interact. 2014, V.210, P.20-25[15] Sun W., Luo C., Tipparaju P., Doctor B.P., Saxena A. // Chem. Biol. Interact. 2013, V.203, P.172-176[16] Chilukuri N., Sun W., Naik R.S., Parikh K., Tang L., Doctor B.P., Saxena A. // Chem. Biol. Interact. 2008, V.175, P.255-260[17] Ilyushin D.G., Smirnov I.V., Belogurov A.A., Dyachenko I.A., Zharmukhamedova T., Novozhilova T.I., Bychikhin E.A., Serebryakova M.V., Kharybin O.N., Murashev A.N. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013, V.110, P.1243-1248[18] Huang Y.J., Lundy P.M., Lazaris A., Huang Y., Baldassarre H., Wang B., Turcotte C., Cote M., Bellemare A., Bilodeau A.S. // BMC Biotechnol. 2008, V.8, P.50[19] Terekhov S., Smirnov I., Bobik T., Shamborant O., Zenkova M., Chernolovskaya E., Gladkikh D., Murashev A., Dyachenko I., Palikov V. // Biochimie. 2015, V.118, P.51-59[20] Li H., Schopfer L.M., Masson P., Lockridge O. // Biochem. J. 2008, V.411, P.425-432[21] Saxena A., Ashani Y., Raveh L., Stevenson D., Patel T., Doctor B.P. // Mol. Pharmacol. 1998, V.53, P.112-122[22] Karnovsky M.J., Roots L. // J. Histochem. Cytochem. 1964, V.12, P.219-221[23] Smirnov I.V., Vorobiev I.I., Belogurov A.A., Genkin D.D., Deyev S.M., Gabibov A.G. // Methods in Molecular Biology. 2015, V.1321, P.389-404[24] Ellman G.L., Courtney K.D., Andres V.Jr., Feather-Stone R.M. // Biochem. Pharmacol. 1961, V.7, P.88-95[25] Worek F., Seeger T., Reiter G., Goldsmith M., Ashani Y., Leader H., Sussman J.L., Aggarwal N., Thiermann H., Tawfik D.S. // Toxicol. Lett. 2014, V.231, P.45-54[26] Worek F., Seeger T., Goldsmith M., Ashani Y., Leader H., Sussman J.S., Tawfik D., Thiermann H., Wille T. // Arch. Toxicol. 2014, V.88, P.1257-1266