Genes & CellsGenes & CellsГены и КлеткиGenes and Cells2313-18292500-2562Human Stem Cells Institute12158710.23868/gc121587ArticlesСтатьиAntitumor RNase (binase) induces the alteration of cellular permeabilityРНКаза с противоопухолевым действием (биназа)вызывает изменение клеточной проницаемостиCabrera-FuentesH AКабрера-ФуентесЭ А

Kazan (Volga-Region) Federal University, Kazan

Казанский (Приволжский) Федеральный университет, Казань

Zelenikhin,P VЗеленихинП В

Kazan (Volga-Region) Federal University, Kazan

Казанский (Приволжский) Федеральный университет, Казань

Kolpakov,A IКолпаковА И

Kazan (Volga-Region) Federal University, Kazan

Казанский (Приволжский) Федеральный университет, Казань

IlinskayaO NИльинскаяО Н

Kazan (Volga-Region) Federal University, Kazan

Казанский (Приволжский) Федеральный университет, Казань

Kazan (Volga-Region) Federal University, KazanКазанский (Приволжский) Федеральный университет, Казань1509201273NO3 (2012)№3 (2012)727611012023Copyright ©; 2012, Eco-VectorCopyright ©; 2012, Эко-Вектор2012Eco-VectorЭко-Векторhttps://genescells.ru/2313-1829/article/view/121587

Some RNases including ones of microbial origin possess antitumor activity, which mechanisms remains unclear. Here we investigated the first step of RNase action towards eukaryotic cells which is connected with increase of cell permeability for ions and macromolecules. Using radiological analysis of 45Са2+uptake by Candida yeast and fluorescence imaging of human embryo kidney cells HEK stained by Ca2+-specific Fura-2/АМ day the level of intracellular Ca2+ under treatment with the RNase of Bacillus intermedius (binase) was studied. Viability of lung carcinoma epithelial cells A549 treated by binase was measured by WST proliferation kit, stability of erythrocytes was tested by lysis assay. We have shown that binase induces the permeability increase of lower and higher eukaryotic cells for Ca2+as well as the increase of protein permeability of A549 cells. Binase treatment protects erythrocytes from osmotic shock. The protective or cytotoxic binase effect followed by increase of cellular permeability is realized depending on the dell type, where the expression of КСa channels and of certain oncogens, particularly of ras family, is crucial. The obtained data supports the significance of the cell permeability increase as a primary step in the mechanisms of binase-induced biological effects.

Ряд РНКаз, среди которых есть и микробные ферменты, обладает протовоопухолевым действием, механизм которого не ясен. В настоящей работе исследован начальный этап взаимодействия РНКаз с эукариотическими клетками, связанный с изменением их проницаемости для ионов и макромолекул. На клеточных культурах карциномы легких А549, эмбриональной почки человека НЕK и дрожжах Candida с использованием анализа поглощения изотопа 45Са2+ либо флуоресцентного красителя Fura-2/АМ изучено влияние цитотоксичной РНКазы Bacillus intermedius (биназы) на накопление внутриклеточного кальция. Изменение проницаемости клеток А549, обработанных биназой, проанализировано по проникновению меченого трипановым синим альбумина через клеточный монослой. Выживаемость клеток А549 оценена по активности митохондриальных дегидрогеназ, восстанавливающих производные тетразолия, стабильность мембран эритроцитов оценена по выходу гемоглобина при осмотическом шоке. Установлено, что биназа увеличивает проницаемость клеток высших и низших эукариот для ионов кальция. Клетки А549 под действием биназы также усиливают прони- цаемость для макромолекул. Обработка биназой защищает эритроциты от осмотического шока. Следующее за увеличением проницаемости протекторное либо цитотоксическое действие биназы реализуется в зависимости от типа клеток, где ключевую роль играет экспрессия КСa каналов и определенных онкогенов, в частности, онкогенов семейства ras. Полученные данные подтверждают принципиальную важность увеличения клеточной проницаемости как первичного этапа в механизме проявления биологических эффектов биназы.

Binasecytotoxicitycellular permeabilityБиназацитотоксичностьпроницаемость клетокСа2+Са2+Spalletti-Cernia D., Sorrentino R., Di Gaetano S. et al. Antineoplastic ribonucleases selectively kill thyroid carcinoma cells via caspase-mediated induction of apoptosis. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2003; 88(6): 2900-7.Makarov A.A., Kolchinsky A., Ilinskaya O.N. Binase and other microbial RNases as potential anticancer agents. BioEssays 2008; 30: 781-90.Lee J.E., Raines R.T. Ribonucleases as novel chemotherapeutics: the ranpirnase example. BioDrugs 2008; 22(1): 53-8.Ardelt W., Shogen K., Darzynkiewicz Z. Onconase and amphinase, the antitumor ribonucleases from Rana pipiens oocytes. Curr. Pharm. Biotechnol. 2008; 9(3): 215-25.Sevcik J., Urbanikova L., Leland P.A. et al. X-ray structure of two crystalline forms of a streptomycete ribonuclease with cytotoxic activity. J. Biol. Chem. 2002; 277(49): 47325-30.Ilinskaya O.N. Dreyer F., Mitkevich V.A. et al. Changing the net charge from negative to positive makes ribonuclease Sa cytotoxic. Protein Sci. 2002; 11(10): 2522-25.Makarov A.A., Ilinskaya O.N. Cytotoxic ribonucleases: molecular weapons and their targets. FEBS Lett. 2003; 540(1-3): 15-20.Ilinskaya O., Decker K., Koschinski A. et al. Bacillus intermedius ribonuclease as inhibitor of cell proliferation and membrane current. Toxicology 2001; 156(2-3): 101-7.Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Kretova O.V. et al. Oncogenic c-kit transcript is a target for binase. Cell Cycle 2010; 9(13): 2674-8.Mitkevich V.A., Petrushanko I.Y., Spirin P.V. et al. Sensitivity of acute myeloid leukemia Kasumi-1 cells to binase toxic action depends on the expression of KIT and АML1-ETO oncogenes. Cell Cycle 2011; 10(23): 4090-97.Ilinskaya O.N., Koschinski A., Repp H. et al. RNase induced apoptosis: fate of calcium-activated potassium channels. Biochemie 2008; 90(5): 717-25.Zhao H., Ardelt B., Ardelt W. et al. The cytotoxic ribonuclease onconase targets RNA interference (siRNA). Cell Cycle 2008; 7(20): 3258-61.Bracale A., Spalletti-Cernia D., Mastronicola M. et al. Essential stations in the intracellular pathway of cytotoxic bovine seminal ribonuclease. Biochem. 2002; 362(Pt 3): 553-60.Navarro S., Aleu J., Jiménez M. et al. The cytotoxicity of eosinophil cationic protein/ribonuclease 3 on eukaryotic cell lines takes place through its aggregation on the cell membrane. Cell Mol. Life Sci. 2008; 65(2): 324-37.Кабрера-Фуентес Э.А., Калачева Н.В., Мухаметшина Р.Т. и др. Проникновение биназы в клетки альвеолярного эпителия не индуцирует их гибель. Биомед. Хим. 2012; 58(3): 272-80.Schulga A., Kurbanov F., Kirpichnikov M. et al. Comparative study of binase and barnase: experience in chimeric ribonucleases. Protein Eng. 1998; 11(9): 773-80.Yakovlev G.I., Moiseyev G.P., Struminskaya N.K. et al. Mutational analysis of the active site of RNase of Bacillus intermedius (BINASE). FEBS Lett. 1994; 354 (3): 305-6.Ilinskaya O.N., Ivanchenko O.B., Karamova N.S. et al. SOSinducing ability of native and mutant microbial ribonucleases. Mut. Res. 1996; 354(2): 203-9.Noll T., Wozniak G., McCarson K. et al. Effect of factor XIII on endothelial barrier function. J. Exp. Med. 1999; 189(3): 1373-82.Kolpakov A.I., Kupriianova F.G. Effect of exogenous ribonucleases on the propagation of Candida tropicalis yeast. Mikrobiologiia 1992; 61(6): 969-74.Porta C., Paglino C., Mutti L. Ranpirnase and its potential for the treatment of unresectable malignant mesothelioma. Biologics 2008; 2(4): 601-9.Ilinskaya O.N., Koschinski A., Mitkevich V.A. et al. Cytotoxicity of RNases is increased by cationization and counteracted by Kca channels. BBRC 2004; 314: 550-54.Hollenhorst M.I., Richter K., Fronius M. Ion transport by pulmonary epithelia. J. Biomed. Biotechnol. 2011. Epub. 2011 Oct 27.Rodenhuis S., van de Wetering M.L, Mooi W.J. et al. Mutational activation of the K-ras oncogene: a possible pathogenetic factor in adenocarcinoma of the lung. N. Engl. J. Med. 1987; 317(15): 929-35.Xiao G.C., Otani S., Yan L. et al. Inhibition of Farnesyl Protein Transferase, H-ras Oncogene Expression and P21ras Membrane Association by Natural Products in Human Solid Tumor Cell Lines. J. Asian Nat. Prod. Res. 1998; 1: 29-51.Lang F., Birka C., Myssina S. et al. Erythrocyte ion channels in regulation of apoptosis. Adv. Exp. Med. Biol. 2004; 559: 211-7.