РОЛЬ АРГИНИНДЕИМИНАЗЫ ПИОГЕННОГО СТРЕПТОКОККА В ПОДАВЛЕНИИ СИНТЕЗА МОНООКСИДА АЗОТА (NO) МАКРОФАГАМИ

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Защитная роль макрофагов тесно связана с продукцией этими клетками бактерицидных молекул, в ряду которых важное место занимает монооксид азота (NO). Аргинин служит  субстратом для продукции NO при участии фермента индуцибельной NO синтазы (iNOS).  Экспрессия и активность iNOS регулируются доступностью субстрата (аргинина) в  межклеточном пространстве. Бактериальный фермент аргининдеиминаза также использует  аргинин в качестве субстрата, вызывая его дефицит для клеток организма хозяина. Целью  настоящего исследования стало подтверждение возможной роли аргининдеиминазы S.  pyogenes в ингибировании синтеза NO макрофагами. Для этого проводили сравнительное  изучение влияния на синтез NO макрофагами продуктов разрушения двух штаммов:  исходного S. pyogenes М49-16 и мутантного S. pyogenes M49-16 delArcA с  инактивированным геном аргинидеиминазы (arcA). Было показано, что способность S.  pyogenes M49-16 ингибировать продукцию макрофагами NO зависит от его  аргининдеиминазной активности так как изогенный мутант S. pyogenes M49-16 delArcA с  инактивированным геном arcA утратил способность ингибировать синтез NO. Это позволяет  рассматривать изученные нами эффекты S. pyogenes как эффекты аргининдеиминазы.  Анализ механизмов ингибирующего действия фермента, показал, что подавление синтеза  NO не было связано с влиянием продуктов разрушения S. pyogenes на жизнеспособность макрофагов. По данным проточной цитометрии, инкубация клеток в  присутствии продуктов разруше- ния S. pyogenes исходного и мутантного штаммов не изменяла уровень экспрессии iNOS, то есть не влияла на синтез или стабильность этого фермента. При этом, снижение  продукции NO под влиянием исходного штамма S. pyogenes М49-16 коррелировало со  снижением содержания в культуральной среде аргинина. А при добавлении в среду  экзогенного аргинина, подавляющее продукцию NO действие исходного штамма нивелировалось. Это подтверждает, что основным механизмом ингибирующего  действия аргининдеиминазы на продукцию NO макрофагами является истощение запасов  аргинина. Недостаток продукции NO при стрептококковой инфекции может приводить к  ослаблению бактерицидности макрофагов и к снижению эффективности противомикробной защиты.

Об авторах

Э. А. Старикова

ФГБНУ Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: Starickova@yandex.ru

к.б.н., старший научный сотрудник отдела иммунологии ФГБНУ Институт  экспериментальной медицины, Санкт-Петербург, Россия

197376, Россия, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12

Тел.: 8 (812) 234-16-69 (служебн.). Факс: 8 (812) 234-94-89

Россия

А. В. Соколов

ФГБНУ Институт экспериментальной медицины

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: fake@neicon.ru

д.б.н., зав. лабораторией биохимической генетики отдела молекулярной генетики ФГБНУ Институт экспериментальной медицины, Санкт-Петербург, Россия;
профессор кафедры фундаментальных проблем медицины и медицинских  технологий Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург, Россия

Россия

Л. А. Бурова

ФГБНУ Институт экспериментальной медицины

Email: fake@neicon.ru

д.м.н., ведущий научный сотрудник отдела иммунологии ФГБНУ Институт  экспериментальной медицины, Санкт-Петербург, Россия

Россия

А. С. Головин

ФГБНУ Институт экспериментальной медицины

Email: fake@neicon.ru

аспирант отдела иммунологии ФГБНУ Институт экспериментальной медицины, Санкт-Петербург, Россия

Россия

А. М. Лебедева

ФГБНУ Институт экспериментальной медицины

Email: fake@neicon.ru

к.б.н., научный сотрудник отдела иммунологии ФГБНУ Институт  экспериментальной медицины, Санкт-Петербург, Россия

Россия

В. Б. Васильев

ФГБНУ Институт экспериментальной медицины

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: fake@neicon.ru

д.м.н., зав. отделом молекулярной генетики ФГБНУ Институт экспериментальной  медицины, Санкт-Петербург, Россия; профессор кафедры фундаментальных  проблем медицины и медицинских технологий Санкт-Петербургского  государственного университета, Санкт-Петербург, Россия

Россия

И. С. Фрейдлин

ФГБНУ Институт экспериментальной медицины

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: fake@neicon.ru

д.м.н., профессор, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник  отдела иммунологии ФГБНУ Институт экспериментальной медицины, Санкт-Петербург,  Россия; профессор кафедры фундаментальных проблем медицины и медицинских технологий Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург, Россия

Россия

Список литературы

  1. Головин А.С., Старикова Э.А., Фрейдлин И.С. Влияние аргининдеиминазы Streptococus pyogenes на бактерицидную активность макрофагов // Медицинский академический журнал. 2016. Т. 16, № 4. С. 152. [Golovin A.S., Starikova E.A., Freidlin I.S. Effect of arginine deiminase from Streptococcus pyogenes on the bactericidal activity of macrophages. Meditsinskii akademicheskii zhurnal = Medical Aсademical Journal, 2016, vol. 16, no. 4, p. 152. (In Russ.)]
  2. Старикова Э.А., Карасева А.Б., Бурова Л.А., Суворов А.Н., Соколов А.В., Васильев В.Б., Фрейдлин И.С. Роль аргининдеиминазы Streptococcus pyogenes M49-16 в ингибиции пролиферации эндотелиальных клеток человека линии EA.hy926 // Медицинская иммунология. 2016. Т. 18, № 6. C. 559–566. [Starikova E.A., Karaseva A.B., Burova L.A., Suvorov A.N., Sokolov A.V., Vasilyev V.B., Freidlin I.S. A role of arginine deiminase from streptococcus pyogenes M49-16 in promoting infection and inhibition of endothelial cell proliferation. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2016, vol. 18, no. 6, pp. 555–562. doi: 10.15789/1563-0625-2016-6-555-562 (In Russ.)]
  3. Abdelal A.T. Arginine catabolism by microorganisms. Annual Rev. Microbiol., 1979, vol. 33, no. 1, pp. 139–168. doi: 10.1146/annurev.mi.33.100179.001035
  4. Barnett T.C., Liebl D., Seymour L.M., Gillen Ch.M., Lim J.Y., LaRock Ch.N., Davies M.R., Schulz B.L., Nizet V., Teasdale R.V., Walker M.J. The globally disseminated M1T1 clone of group A streptococcus evades autophagy for intracellular replication. Cell Host Microbe, 2013, vol. 14, iss. 6, pp. 675–682. doi: 10.1016/j.chom.2013.11.003
  5. Basma H., Norrby-Teglund A., Guedez Y., McGeer A., Low D.E., El-Ahmedy O., Schwartz B., Kotb M. Risk factors in the pathogenesis of invasive group A streptococcal infections: role of protective humoral immunity. Infect. Immun., 1999, vol. 67, no. 4, pp. 1871–1877.
  6. Bastiat-Sempe B., Love J.F., Lomayesva N., Wessels M.R. Streptolysin O and NAD-glycohydrolase prevent phagolysosome acidification and promote group A Streptococcus survival in macrophages. MBio, 2014, vol. 5, no. 5, pp. 1–11. doi: 10.1128/mBio.01690-14
  7. Bronte V., Zanovello P. Regulation of immune responses by L-arginine metabolism. Nat. Rev. Immunol., 2005, vol. 5, pp. 641–654. doi: 10.1038/nri1668
  8. Cotter P.D., Hill C. Surviving the acid test: responses of gram-positive bacteria to low pH. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 2003, vol. 67, no. 3, pp. 429–453. doi: 10.1128/MMBR.67.3.429-453.2003
  9. Cusumano Z.T., Watson M.E., Caparon M.G. Streptococcus pyogenes arginine and citrulline catabolism promotes infection and modulates innate immunity. Infect. Immun., 2014, vol. 82, no. 1, pp. 233–242. doi: 10.1128/IAI.00916-13
  10. Das P., Lahiri A., Chakravortty D. Modulation of the arginase pathway in the context of microbial pathogenesis: a metabolic enzyme moonlighting as an immune modulator. PLoS Pathog., 2010, vol. 6, iss. 6: e1000899. doi: 10.1371/journal.ppat.1000899
  11. Goldmann O., von Kockritz-Blickwede M., Holtje C., Chhatwal G.S., Geffers R., Medina E. Transcriptome analysis of murine macrophages in response to infection with streptococcus pyogenes reveals an unusual activation program. Infect. Immun., 2007, vol. 75, no. 8, pp. 4148–4157. doi: 10.1128/IAI.00181-07
  12. Goldmann O., Rohde M., Chhatwal G.S., Medina E. Role of macrophages in host resistance to group a streptococci. Infect. Immun., 2004, vol. 72, no. 5, pp. 2956–2963. doi: 10.1128/IAI.72.5.2956-2963.2004
  13. Lin A.E., Beasley F.C., Keller N., Hollands A., Urbano R., Troemel E.R., Hoffman H.M., Nizet V. A group A Streptococcus ADP-ribosyltransferase toxin stimulates a protective interleukin 1β-dependent macrophage immune response. MBio, 2015, vol. 6, no. 2, pp. 1–12. doi: 10.1128/mBio.00133-15
  14. Lu S.-L., Kuo C.-F., Chen H.-W., Yang Y.-S., Liu C.-C., Anderson R., Wu J.-J., Lin Y.-S. Insufficient acidification of autophagosomes facilitates group a streptococcus survival and growth in endothelial cells. MBio, 2015, vol. 6, no. 5, pp. 1–12. doi: 10.1128/mBio.01435-15
  15. Mishalian I., Ordan M., Peled A., Maly A., Eichenbaum M.B., Ravins M., Aychek T., Jung S., Hanski E. Recruited macrophages control dissemination of group A Streptococcus from infected soft tissues. J. Immunol., 2011, vol. 187, iss. 11, pp. 6022–6031. doi: 10.4049/jimmunol.1101385
  16. Mori M. Regulation of nitric oxide synthesis and apoptosis by arginase and arginine recycling. J. Nutr., 2007, vol. 137, iss. 6, pp. 1616S–1620S.
  17. Nathan C., Shiloh M.U. Reactive oxygen and nitrogen intermediates in the relationship between mammalian hosts and microbial pathogens. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, vol. 97, no. 16, pp. 8841–8848. doi: 10.1073/pnas.97.16.8841
  18. Noh E.J., Kang S.W., Shin Y.J., Kim D.C., Park I.S., Kim M.Y., Chun B.G., Min B.H. Characterization of mycoplasma arginine deiminase expressed in E. coli and its inhibitory regulation of nitric oxide synthesis. Mol. Cells, 2002, vol. 13, no. 1, pp. 137–143.
  19. O’Neill A.M., Thurston T.L.M., Holden D.W. Cytosolic replication of group A streptococcus in human macrophages. MBio, 2016, vol. 7, no. 2, pp. 1–16. doi: 10.1128/mBio.00020-16
  20. Pautz A., Art J., Hahn S., Nowag S., Voss C., Kleinert H. Regulation of the expression of inducible nitric oxide synthase. Nitric Oxide, 2010, vol. 23, no. 2, pp. 75–93. doi: 10.1016/j.niox.2010.04.007
  21. Sakurai A., Maruyama F., Funao J., Nozawa T., Aikawa Ch., Okahashi N., Shintani S., Hamada Sh., Ooshima T., Nakagawa I. Specific behavior of intracellular streptococcus pyogenes that has undergone autophagic degradation is associated with bacterial streptolysin O and host small G proteins Rab5 and Rab7. J. Biol. Chem., 2010, vol. 285, no. 29, pp. 22666–22675. doi: 10.1074/jbc.M109.100131
  22. Shen L-J., Lin W.C., Beloussow K., Hosoya K., Terasaki T., Ann D.K., Shen W.C. Recombinant arginine deiminase as a differential modulator of inducible (iNOS) and endothelial (eNOS) nitric oxide synthetase activity in cultured endothelial cells. Biochem. Pharmacol., 2003, vol. 66, no. 10, pp. 1945–1952. doi: 10.1016/S0006-2952(03)00555-0
  23. Timmer A.M., Timmer J.C., Pence M.A., Hsu L.-C., Ghochani M., Frey T.G., Karin M., Salvesen G.S., Nizet V. Streptolysin O promotes group A streptococcus immune evasion by accelerated macrophage apoptosis. J. Biol. Chem., 2009, vol. 284, no. 2, pp. 862–871. doi: 10.1074/jbc.M804632200
  24. Wang H., Liang X.H., Zhao R.X., Feng L.D., Li H. Spectrophotometer determination of arginine in grape juice using 8-hydroquinoline. Agr. Sci. China, 2008, vol. 7, no. 10, pp. 1210–1215. doi: 10.1016/S1671-2927(08)60166-2

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Старикова Э.А., Соколов А.В., Бурова Л.А., Головин А.С., Лебедева А.М., Васильев В.Б., Фрейдлин И.С., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 64788 от 02.02.2016.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах