بررسی تأثیر سالبوتامول در کاهش پلیمریزاسیون آلفا 1-آنتی‌تریپسین

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشیار گروه بیوشیمی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استاد گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده
آلفا 1-آنتی‌تریپسین یک گلیکوپروتئین متشکل از 394 آمینواسید با وزن 52 کیلودالتون می‌باشد. این پروتئین به طور عمده توسط سلول‌های هپاتوسیت سنتز و به بافت‌های ریوی ترشح می‌شود و نقش اساسی در حفاظت بافت ریه در مقابل اثر نوتروفیل الاستاز دارد. از چالش‌های عمده در مواجهه با آلفا 1-آنتی‌تریپسین، ناپایداری ساختاری فرم تا خورده این پروتئین و در نتیجه تجمع آن به صورت پلیمرهای غیرفعال در بافت ریه می‌باشد. این امر فرد را مستعد ابتلا به بیماری‌های مزمن ریوی، آسم شدید و آمفیزم می‌نماید. یکی از درمان‌های رایج برای این اختلال، تزریق داخل وریدی آلفا 1-آنتی‌تریپسین می‌باشد. از طرفی، بیماران کاندید دریافت آلفا 1-آنتی‌تریپسین، دارای علائم اختلال تنفسی هستند و استفاده از بازکننده‌های برونش (سالبوتامول) خط اول درمان محسوب می‌شود. در این مطالعه تخلیص پروتئین توسط روش کروماتوگرافی تمایلی انجام و خلوص آن توسط روش ژل الکتروفورز تأیید شده است. اثر غلظت‌های مختلف سالبوتامول بر پلیمریزاسیون آلفا 1-آنتی‌تریپسین القاء شده توسط حرارت در دمای 60 درجه با روش‌های الکتروفورز ژل پلی آکریل آمید غیر دناتوره کننده، پراکندگی دینامیکی نور و دو رنگ نمایی دورانی مورد سنجش قرار گرفته است. فعالیت پروتئین توسط روش تعیین ظرفیت مهاری تریپسین بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند که سالبوتامول با کاهش انعطاف‌پذیری حلقه مرکزی واکنش‌گر، سبب کاهش سرعت پلیمریزاسیون و در نتیجه کاهش سرعت از دست رفتن فعالیت در پروتئین آلفا 1-آنتی‌تریپسین می‌شود. بنابراین، این افزودنی می‌تواند گزینه مناسبی برای همراهی پروتئین آلفا 1-آنتی‌تریپسین و راهکاری مناسب برای درمان بیماری‌های وابسته به پلیمریزاسیون این پروتئین باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Camelier AA, Winter DH, Jardim JR, Barboza CEG, Cukier A, Miravitlles M. Deficiência de alfa-1 antitripsina: diagnóstico e tratamento. J Bras Pneumol 2008;34:514–27.
[2] Blanco I, Lara B, de Serres F. Efficacy of alpha1-antitrypsin augmentation therapy in conditions other than pulmonary emphysema. Orphanet J Rare Dis 2011;6:14.
[3] Wood AM, Stockley RA. Alpha One Antitrypsin Deficiency: From Gene to Treatment. Respiration 2007;74:481–92.
[4] Kolarich D, Turecek PL, Weber A, Mitterer A, Graninger M, Matthiessen P, et al. Biochemical, molecular characterization, and glycoproteomic analyses of alpha-1 proteinase inhibitor products used for replacement therapy. Transfusion 2006;46:1959–77.
[5] Karnaukhova E. Recent advances in the research and development of alpha-1 proteinase inhibitor for therapeutic use. Lung Dis. State Art Rev., InTech; 2012.
[6] de Serres F, Blanco I. Role of alpha-1 antitrypsin in human health and disease. J Intern Med 2014;276:311–35.
[7] Rudnick DA, Perlmutter DH. Alpha-1-antitrypsin deficiency: A new paradigm for hepatocellular carcinoma in genetic liver disease. Hepatology 2005;42:514–21.
[8] Mulgrew AT, Taggart CC, McElvaney NG. Alpha-1-Antitrypsin Deficiency: Current Concepts. Lung 2007;185:191–201.
[9] Kelly E, Greene CM, Carroll TP, McElvaney NG, O’Neill SJ. Alpha-1 antitrypsin deficiency. Respir Med 2010;104:763–72.
[10] Law RHP, Zhang Q, McGowan S, Buckle AM, Silverman GA, Wong W, et al. An overview of the serpin superfamily. Genome Biol 2006;7:216.
[11] Lomas DA, Parfrey H. α1-Antitrypsin deficiency • 4: Molecular pathophysiology. Thorax 2004;59:529–35.
[12] Ioachimescu O, Stoller J. A Review of Alpha-1 Antitrypsin Deficiency. COPD J Chronic Obstr Pulm Dis 2005;2:263–75.
[13] Knaupp AS, Bottomley SP. Serpin polymerization and its role in disease-The molecular basis of α 1 -antitrypsin deficiency. IUBMB Life 2009;61:1–5.
[14] Kaplan A, Cosentino L. α1-Antitrypsin deficiency: Forgotten etiology. Can Fam Physician 2010;56:19–24.
[15] DeMeo DL, Silverman EK. Alpha1-antitrypsin deficiency. 2: genetic aspects of alpha(1)-antitrypsin deficiency: phenotypes and genetic modifiers of emphysema risk. Thorax 2004;59:259–64.
[16] Stockley RA, Turner AM. α-1-Antitrypsin deficiency: clinical variability, assessment, and treatment. Trends Mol Med 2014;20:105–15.
[17] Greulich T, Nell C, Herr C, Vogelmeier C, Kotke V, Wiedmann S, et al. Results from a large targeted screening program for alpha-1-antitrypsin deficiency: 2003 - 2015. Orphanet J Rare Dis 2016;11:75.
[18] Stoller JK, Brantly M. The Challenge of Detecting Alpha-1 Antitrypsin Deficiency. COPD J Chronic Obstr Pulm Dis 2013;10:26–34.
[19] Chapman KR, Chorostowska-Wynimko J, Koczulla AR, Ferrarotti I, McElvaney NG. Alpha 1 antitrypsin to treat lung disease in alpha 1 antitrypsin deficiency: recent developments and clinical implications. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis 2018;Volume 13:419–32.
[20] Lomas DA, LI-Evans D, Finch JT, Carrell RW. The mechanism of Z α1-antitrypsin accumulation in the liver. Nature 1992;357:605–7.
[21] Lomas DA, Evans DL, Stone SR, Chang WSW, Carrell RW. Effect of the Z mutation on the physical and inhibitory properties of .alpha.1-antitrypsin. Biochemistry 1993;32:500–8.
[22] Mast AE, Enghild JJ, Salvesen G. Conformation of the reactive site loop of .alpha.1-proteinase inhibitor probed by limited proteolysis. Biochemistry 1992;31:2720–8.
[23] Stockley RA. Alpha1-antitrypsin Review. Clin Chest Med 2014;35:39–50.
[24] Mak G, Hanania NA. New bronchodilators. Curr Opin Pharmacol 2012;12:238–45.
[25] Torres-Durán M, Lopez-Campos JL, Barrecheguren M, Miravitlles M, Martinez-Delgado B, Castillo S, et al. Alpha-1 antitrypsin deficiency: outstanding questions and future directions. Orphanet J Rare Dis 2018;13:114.
[26] Malerba M, Radaeli A, Ceriani L, Tantucci C, Grassi V. Airway hyperresponsiveness in a large group of subjects with alpha1-antitrypsin deficiency: a cross-sectional controlled study. J Intern Med 2003;253:351–8.
[27] Fitchett DH, McNicol MW, Riordan JF. Intravenous salbutamol in management of status asthmaticus. Br Med J 1975;1:53–5.
[28] Uzkeser H, Cadirci E, Halici Z, Odabasoglu F, Polat B, Nurcan Yuksel T, et al. Anti-Inflammatory and Antinociceptive Effects of Salbutamol on Acute and Chronic Models of Inflammation in Rats: Involvement of an Antioxidant Mechanism. Mediators Inflamm 2012;2012:1–10.
[29] Malfait A-M, Malik AS, Marinova-Mutafchieva L, Butler DM, Maini RN, Feldmann M. The β2-Adrenergic Agonist Salbutamol Is a Potent Suppressor of Established Collagen-Induced Arthritis: Mechanisms of Action. J Immunol 1999;162:6278–83.
[30] Balint B, Watz H, Amos C, Owen R, Higgins M, Kramer B, et al. Onset of action of indacaterol in patients with COPD: comparison with salbutamol and salmeterol-fluticasone. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis 2010;5:311–8.
[31] Anderson GP. Formoterol: Pharmacology, molecular basis of agonism, and mechanism of long duration of a highly potent and selective β2-adrenoceptor agonist bronchodilator. Life Sci 1993;52:2145–60.
[32] Laemmli UK. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature 1970;227:680–5.
[33] Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem 1976;72:248–54.
[34] Stoscheck CM. [6] Quantitation of protein, 1990, p. 50–68.
[35] Jha S, Agarwal S, Sanyal I, Jain GK, Amla D V. Differential subcellular targeting of recombinant human α₁-proteinase inhibitor influences yield, biological activity and in planta stability of the protein in transgenic tomato plants. Plant Sci 2012;196:53–66.
[36] Khodabandehloo A, Chen DDY. Particle sizing methods for the detection of protein aggregates in biopharmaceuticals. Bioanalysis 2017;9:313–26.
[37] Lorber B. Analytical light scattering methods in molecular and structural biology: Experimental aspects and results 2018.
[38] Beliciu CM, Moraru CI. Effect of solvent and temperature on the size distribution of casein micelles measured by dynamic light scattering. J Dairy Sci 2009;92:1829–39.
[39] Dietz AA, Hodges LK, Rubinstein HM, Briney RR. Estimation of the antitrypsin activity of serum. Clin Chem 1967;13:242–54.
[40] Devlin GL, Chow MKM, Howlett GJ, Bottomley SP. Acid Denaturation of α1-Antitrypsin: Characterization of a Novel Mechanism of Serpin Polymerization. J Mol Biol 2002;324:859–70.
[41] James EL, Bottomley SP. The Mechanism of α1-Antitrypsin Polymerization Probed by Fluorescence Spectroscopy. Arch Biochem Biophys 1998;356:296–300.
[42] Carrell RW, Lomas DA, Sidhar S, Foreman R. α1-Antitrypsin Deficiency. Chest 1996;110:243S-247S.
[43] Lomas DA. New insights into the structural basis of 1,-antitrypsin deficiency. QJM 1996;89:807–12.
[44] Stein PE, Carrell RW. What do dysfunctional serpins tell us about molecular mobility and disease? Nat Struct Mol Biol 1995;2:96–113.
[45] Hopkins PCR, Stone SR. The Contribution of the Conserved Hinge Region Residues of .alpha.1-Antitrypsin to Its Reaction with Elastase. Biochemistry 1995;34:15872–9.
[46] Hopkins PCR, Carrell RW, Stone SR. Effects of mutations in the hinge region of serpins. Biochemistry 1993;32:7650–7.
[47] Hopkins PCR, Chang W-SW, Wardell MR, Stone SR. Inhibitory Mechanism of Serpins MOBILITY OF THE C-TERMINAL REGION OF THE REACTIVE-SITE LOOP. J Biol Chem 1997;272:3905–9.
[48] James EL, Whisstock JC, Gore MG, Bottomley SP. Probing the Unfolding Pathway of α 1 -Antitrypsin. J Biol Chem 1999;274:9482–8.
[49] Dafforn TR, Mahadeva R, Elliott PR, Sivasothy P, Lomas DA. A Kinetic Mechanism for the Polymerization of α 1 -Antitrypsin. J Biol Chem 1999;274:9548–55.