Ukr.Biochem.J. 2021; Том 93, № 4, липень-серпень, c. 26-36
doi: doi: https://doi.org/10.15407/ubj93.04.026
Тіакалікс[4]арен фосфонат С-800 як новий флуоресцентний зонд для виявлення іонів цинку в живих клітинах
В. І. Яворовська1, Р. Д. Лабинцева1*, О. В. Бевза1, А. Я. Пугач1,
А. Б. Драпайло2, С. О. Черенок2, В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1
1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
*e-mail: raisa.lab@gmail.com
Отримано: 07 квітня 2021; Затверджено: 07 липня 2021
Іони Zn необхідні для підтримання нормального функціонування організму людини, тому моніторинг вмісту цинку в живих клітинах та розробка сенсорних систем для його відстеження є особливо важливими. Метою роботи було з’ясувати властивості синтетичного тіакалікс[4]арену С-800 (5,11,17,23-тетракіс [(гідрокси-етоксифосфоніл) метил]) – 25,26,27,28-тетрагідрокситіакалікс[4]арену) як потенційного флуоресцентного зонду для моніторингу Zn2+ в живих клітинах. Наші дослідження показали, що тіакалікс[4]арен С-800, який містить чотири гідрокси-етоксифосфонілметилові групи на верхньому вінці молекули, проявляв флуоресцентні властивості за λ 340 нм. Інтенсивність флуоресценції тіакалікс[4]арену C-800 істотно зростала у присутності Zn2+, тоді як Mg2+, Ca2+, Cd2+ та Pb2+, не впливали на цей показник. Комп’ютерне моделювання продемонструвало, що два катіони Zn взаємодіють з атомами кисню чотирьох гідрокси-етоксифосфонілметильних груп. Показано, що тіакалікс[4]арен C-800 швидко проникав у клітини міометрія щурів, що призводило до підвищення рівня внутрішньоклітинної флуоресценції. Додавання Zn2+ до забарвлених тіакалікс[4]ареном C-800 клітин супроводжувалося ще більшим зростанням інтенсивності внутрішньоклітинного флуоресцентного сигналу. Тіакалікс[4]aрен C-800 не впливав на генерування активних форм кисню в клітинах міометрія, і не спричиняв зниження життєздатності клітин за дії у діапазоні концентрацій 50–250 мкМ. Таким чином, тіакалікс[4]арен С-800 потенційно може бути використаний як селективний флуоресцентний зонд для виявлення Zn2+ у живих клітинах.
Ключові слова: Zn(2+), клітини міометрія, молекулярна динаміка, МТТ-тест, тіакалікс[4]арен, флуоресцентний зонд
Посилання:
- Andreini C, Bertini I. A bioinformatics view of zinc enzymes. J Inorg Biochem. 2012;111:150-156. PubMed, CrossRef
- Andreini C, Bertini I, Rosato A. Metalloproteomes: a bioinformatic approach. Acc Chem Res. 2009;42(10):1471-1479. PubMed, CrossRef
- Frassinetti S, Bronzetti G, Caltavuturo L, Cini M, Croce CD. The role of zinc in life: a revie. J Environ Pathol Toxicol Oncol. 2006;25(3):597-610. PubMed, CrossRef
- Chasapis CT, Loutsidou AC, Spiliopoulou CA, Stefanidou ME. Zinc and human health: an update. Arch Toxicol. 2012;86(4):521-534. PubMed, CrossRef
- Kumar V, Kumar A, Singh S. Zinc Deficiency and Its Effect on the Brain: An Update. Int J Mol Genet Gene Ther. 2016;1(1):1-7. CrossRef
- Pfaender S, Sauer AK, Hagmeyer S, Mangus K, Linta L, Liebau S, Bockmann J, Huguet G, Bourgeron T, Boeckers TM, Grabrucker AM. Zinc deficiency and low enterocyte zinc transporter expression in human patients with autism related mutations in SHANK3. Sci Rep. 2017;7:45190. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Bao B, Prasad A, Beck FWJ, Suneja A, Sarkar F. Toxic effect of zinc on NF-kappaB, IL-2, IL-2 receptor alpha, and TNF-alpha in HUT-78 (Th(0)) cells. Toxicol Lett. 2006;166(3):222-228. PubMed, CrossRef
- Toxicological profile for zinc. 2005. Division of Toxicology/Toxicology Information Branch 1600 Clifton Road NE Mailstop F-32 Atlanta, Georgia 30333. Regime of access : https://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp60.pdf.
- Lee MC, Yu WC, Shih YH, Chen CY, Guo ZH, Huang SJ, Chan JCC, Chen YR. Zinc ion rapidly induces toxic, off-pathway amyloid-β oligomers distinct from amyloid-β derived diffusible ligands in Alzheimer’s disease. Sci Rep. 2018;8(1):4772. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Kerns K, Zigo M, Sutovsky P. Zinc: A Necessary Ion for Mammalian Sperm Fertilization Competency. Int J Mol Sci. 2018;19(12):4097. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Murarka S, Mishra V, Joshi P, Kumar S. Role of Zinc in Reproductive Biology – An Overview. Austin J Reprod Med Infertil. 2015;2(2):1009.
- Huang Z, Lippard SJ. Illuminating mobile zinc with fluorescence from cuvettes to live cells and tissues. Methods Enzymol. 2012;505:445-468. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Nolan EM, Lippard SJ. Small-molecule fluorescent sensors for investigating zinc metalloneurochemistry. Acc Chem Res. 2009;42(1):193-203. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Ran MQ, Yuan JY, Zhao YH, Mou L, Zeng X, Redshaw C, Zhao JL, Yamato T. A multichannel thiacalix[4]arene-based fluorescent chemosensor for Zn2+, F− ions and imaging of living cells. Supramol Chem. 2016;28(5-6):418-426. CrossRef
- Wang Y, Peng X, Shi J, Tang X, Jiang J, Liu W. Highly selective fluorescent chemosensor for Zn2+ derived from inorganic-organic hybrid magnetic core/shell Fe3O4@SiO2 nanoparticles. Nanoscale Res Lett. 2012;7(1):86. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Jiang G, Shi F, Jia Y, Cui S, Pu S. A novel donor-acceptor fluorescent sensor for Zn 2+ with high selectivity and its application in test Paper. J Fluoresc. 2020;30(6):1567-1574. PubMed, CrossRef
- Carpenter MC, Lo MN, Palmer AE. Techniques for measuring cellular zinc. Arch Biochem Biophys. 2016;611:20-29. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Kumar R, Sharma A, Singh H, Suating P, Kim HS , Sunwoo K, Shim I, Gibb BC, Kim JS. Revisiting Fluorescent Calixarenes: From Molecular Sensors to Smart Materials. Chem Rev. 2019;119(16):9657-9721. PubMed, CrossRef
- Morohashi N, Narumi F, Iki N, Hattori T, Miyano S. Thiacalixarenes. Chem Rev. 2006;106(12):5291-5316. PubMed, CrossRef
- Kumar R, Lee YO, Bhalla V, Kumar M, Kim JS. Recent developments of thiacalixarene based molecular motifs. Chem Soc Rev. 2014;43(13):4824-4870. PubMed, CrossRef
- Labyntsevа R, Yavorovska V , Bevza O, Drapaylo A, Kalchenko V, Kosterin S. Thiacalix[4]arenes Remove the Inhibitory Effects of Zn Cations on the Myosin ATPase Activity. Nanoscale Res Lett. 2018;13(1):224. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Kasyan O, Swierczynski D, Drapailo A, Suwinska K, Lipkowski J, Kalchenko V. Upper rim substituted thiacalix[4]arenes. Tetrahedron Lett. 2003;44(38):7167-7170. CrossRef
- Kharchenko SG, Drapailo AB, Kalchenko OI, Yampolska GD, Shishkina SV, Shishkin OV, Kalchenko V I. Thia- and Sulfonyl-Calix[4]Arene Methylphosphonous Acids: Synthesis, Structure, and Amino Acids Binding. Phosphorus, Sulfur Silicon Related Elements. 2013;188(1-3):243-248. CrossRef
- Gangula PR, Dong YL, Yallampalli C. Rat myometrial smooth muscle cells express endothelial nitric oxide synthase. Hum Reprod. 1997;12(3):561-568. PubMed, CrossRef
- Vadivelu RK, Yeap SK, Ali AM, Hamid M, Alitheen NB. Betulinic Acid inhibits growth of cultured vascular smooth muscle cells in vitro by inducing G(1) arrest and apoptosis. Evid Based Complement Alternat Med. 2012;2012:251362. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Schindelin J, Arganda-Carreras I, Frise E,Kaynig V, Longair M, Pietzsch T, Preibisch S, Rueden C, Saalfeld S, Schmid B, Tinevez JY, White DJ, Hartenstein V, Eliceiri K, Tomancak P, Cardona A. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat Methods. 2012;9(7):676-682. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Regime of access: http://www.hypercubeusa.com/Default.aspx?tabid=363
- Kimura E, Koike T. Recent development of zinc-fluorophores. Chem Soc Rev. 1998;27(3):179-184. CrossRef
- Bugaenko LT, Ryabykh SM, Bugaenko AL. A nearly complete system of average crystallographic ionic radii and its use for determining ionization potentials. Moscow Univer Chem Bull. 2008;63(6):303–317. CrossRef
- Zhao RZ, Jiang S, Zhang L, Yu ZB. Mitochondrial electron transport chain, ROS generation and uncoupling (Review). Int J Mol Med. 2019;44(1):3-15. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.