Russian Journal of Bioorganic ChemistryRussian Journal of Bioorganic ChemistryБиоорганическая химия0132-34231998-2860The Russian Academy of Sciences68309210.31857/S0132342325010016MABDQXArticlesСтатьиResearch ArticleCharacterization of combined effects of reactive oxygen metabolites, complement system, and antimicrobial peptides In VitroХарактеристика совместных эффектов активных метаболитов кислорода, системы комплемента и антимикробных пептидов In VitroKrenevI. A.КреневИ. А.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruEgorovaE. V.ЕгороваЕ. В.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruGorbunovN. P.ГорбуновН. П.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruKostevichV. A.КостевичВ. А.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruSokolovA. V.СоколовА. В.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruKomlevA. S.КомлевА. С.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruZabrodskayaY. A.ЗабродскаяЯ. А.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruShamovaO. V.ШамоваО. В.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruBerlovM. N.БерловМ. Н.
Russian Federation
il.krenevv13@yandex.ruInstitute of Experimental MedicineИнститут экспериментальной медициныSt. Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетSt. Petersburg Pasteur Research Institute of Epidemiology and MicrobiologyСанкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. ПастераPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоA. A. Smorodintsev Research Institute of InfluenzaНаучно-исследовательский институт гриппа им. А.А. Смородинцева1502202551131805062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0132-3423/article/view/683092

Phagocytes activation results in the production of reactive oxygen metabolites (ROM) exerting antimicrobial and host-damaging activity. Although the main pool of papers shows their potentiating action on a key humoral nexus of innate immunity, complement system, the data are controversial. Combined action of ROM with antimicrobial peptides of phagocytes also remains poorly characterized. We have investigated the influence of oxidative burst products on complement activation in different in vitro models. Hydrogen peroxide, including that in medium with Fe-EDTA did not affect parameters of complement activity in human blood serum. HOCl in millimolar concentrations stimulated production of C3a and C5a anaphylatoxins in 80% serum, the effect was inhibited by EDTA. We have identified bivalent ions-independent C5 cleavage in the presence of 16 mM HOCl. At the same time, HOCl served as an inhibitor of the alternative complement pathway in the model of surface-associated activation on rabbit erythrocytes in 5% serum. It inhibited production of C3a (IC50 ~ 4 mM) and C5a as well as serum hemolytic activity (IC50 ~ 0.2 mM); the inhibition of C5a generation was less pronounced in the presence of 4–16 mM HOCl. Decrease in anaphylatoxins generation was also observed in the system with zymosan in 5% serum. Under similar conditions but without activating surfaces, moderate HOCl concentrations enhanced C3a and C5a accumulation; EDTA inhibited this effect completely (C3a) or partially (C5a). Finally, in 70% serum, 16 mM HOCl enhanced the anaphylatoxins accumulation but in the presence of zymosan it inhibited this process almost completely. We hypothesize that HOCl can attack the thioester bond in C3 protein to form C3(HOCl) adduct which is capable of fluid-phase convertases formation; however, the attack of C3b can prevent its covalent fixation on membranes and blocks the complement amplification loop. Besides, we have demonstrated the additive character of the combined action of HOCl with antimicrobial peptides (LL-37 cathelicidin and α-defensins) towards Listeria monocytogenes and Escherichia coli. The data obtained precise the picture of the interaction between bactericidal factors of phagocytes and complement as key participants of the immune defense and host damage.

При активации фагоцитов происходит выработка активных метаболитов кислорода (АМК), проявляющих антимикробное и повреждающее организм хозяина действие. Хотя основной объем работ указывает на усиливающее действие АМК на ключевое гуморальное звено врожденного иммунитета – систему комплемента, имеющиеся данные противоречивы. Слабо изученным остается вопрос и о совместном микробицидном действии АМК с антимикробными пептидами фагоцитов. Мы изучили влияние продуктов “окислительного взрыва” на активацию комплемента в различных моделях in vitro. Пероксид водорода, в том числе в среде с Fe-ЭДТА, не влиял на показатели активности комплемента в сыворотке крови человека. HOCl в миллимолярных концентрациях стимулировала генерацию анафилатоксинов C3a и C5a в 80%-ной сыворотке, эффект ингибировался в присутствии ЭДТА. Выявлено не зависящее от двухвалентных ионов расщепление C5 в присутствии 16 мМ HOCl. В то же время HOCl выступала в роли ингибитора альтернативного пути комплемента в модели поверхностной активации на эритроцитах кролика в 5%-ной сыворотке, подавляя выработку C3a (ИК50 ~ 4 мМ) и C5a и гемолитическую способность сыворотки (ИК50 ~ 0.2 мМ); ингибирование выработки C5a было менее выраженным в присутствии 4–16 мМ HOCl. Снижение генерации анафилатоксинов наблюдали и в системе с зимозаном в 5%-ной сыворотке. В аналогичных условиях, но без активирующих поверхностей промежуточные концентрации HOCl усиливали накопление C3a и C5a; ЭДТА ингибировал этот эффект полностью (C3a) или частично (C5a). Наконец, в 70%-ной сыворотке 16 мМ HOCl усиливала накопление анафилатоксинов, но в присутствии зимозана почти полностью его ингибировала. Мы предполагаем, что HOCl может атаковать тиоэфирную связь в белке C3 с образованием аддукта C3(HOCl), способного к формированию жидкофазных конвертаз, но атака C3b может препятствовать его ковалентной фиксации на мембранах, блокируя петлю усиления комплемента. Мы также продемонстрировали аддитивный характер совместного действия HOCl с антимикробными пептидами (кателицидин LL-37 и α-дефенсины HNPs) в отношении Listeria monocytogenes и Escherichia coli. Полученные данные уточняют представления о взаимодействии антимикробных факторов фагоцитов и комплемента как ключевых участников иммунной защиты и повреждения организма.

reactive oxygen metaboliteshypochlorous acidcomplementantimicrobial peptidesphagocytesneutrophilsinflammationC3anaphylatoxinsактивные метаболиты кислородахлорноватистая кислотакомплементантимикробные пептидыфагоцитынейтрофилывоспалениеC3анафилатоксиныМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation122020300189-6Uribe-Querol E., Rosales C. // Front. Immunol. 2020. V. 11. P. 1066. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.01066Burn G.L., Foti A., Marsman G., Patel D.F., Zychlinsky A. // Immunity. 2021. V. 54. P. 1377–1391. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.06.006Katsuyama M. // J. Pharmacol. Sci. 2010. V. 114. P. 134–146. https://doi.org/10.1254/jphs.10r01crZheng M., Liu Y., Zhang G., Yang Z., Xu W., Chen Q. // Antioxidants (Basel). 2023. V. 12. P. 1675. https://doi.org/10.3390/antiox12091675Andrés C.M.C., Pérez de la Lastra J.M., Juan C.A., Plou F.J., Pérez-Lebeña E. // Stresses. 2022. V. 2. P. 256–274. https://doi.org/10.3390/stresses2030019Aratani Y. // Arch. Biochem. Biophys. 2018. V. 640. P. 47–52. https://doi.org/10.1016/j.abb.2018.01.004Arnhold J. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. P. 8057. https://doi.org/10.3390/ijms21218057Pattison D.I., Davies M.J. // Chem. Res. Toxicol. 2001. V. 14. P. 1453–1464. https://doi.org/10.1021/tx0155451Weiss S.J. // N. Engl J. Med. 1989. V. 320. P. 365–376. https://doi.org/10.1056/NEJM198902093200606Huan Y., Kong Q., Mou H., Yi H. // Front. Microbiol. 2020. V. 11. P. 582779. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.582779Lehrer R. I., Lu W. // Immunol. Rev. 2012. V. 245. P. 84–112. https://doi.org/10.1111/j.1600-065X.2011.01082.xRidyard K.E., Overhage J. // Antibiotics (Basel). 2021. V. 10. P. 650. https://doi.org/10.3390/antibiotics10060650Ricklin D., Reis E.S., Mastellos D.C., Gros P., Lambris J.D. // Immunol. Rev. 2016. V. 274. P. 33–58. https://doi.org/10.1111/imr.12500Tack B.F., Harrison R.A., Janatova J., Thomas M.L., Prahl J.W. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1980. V. 77. P. 5764–5768. https://doi.org/10.1073/pnas.77.10.5764Law S.K., Dodds A.W. // Protein. Sci. 1997. V. 6. P. 263– 274. https://doi.org/10.1002/pro.5560060201Shokal U., Eleftherianos I. // Front. Immunol. 2017. V. 8. P. 759. https://doi.org/10.3389/fimmu.2017.00759Forneris F., Ricklin D., Wu J., Tzekou A., Wallace R.S., Lambris J.D., Gros P. // Science. 2010. V. 330. P. 1816– 1820. https://doi.org/10.1126/science.1195821Fearon D.T., Austen K.F. // J. Exp. Med. 1975. V. 142. P. 856–863. https://doi.org/10.1084/jem.142.4.856Lachmann P.J., Lay E., Seilly D.J. // FASEB J. 2018. V. 32. P. 123–129. https://doi.org/10.1096/fj.201700734Xie C.B., Jane-Wit D., Pober J.S. // Am. J. Pathol. 2020. V. 190. P. 1138–1150. https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2020.02.006D’Autréaux B., Toledano M.B. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2007. V. 8. P. 813–824. https://doi.org/10.1038/nrm2256Ricklin D., Hajishengallis G., Yang K., Lambris J.D. // Nat. Immunol. 2010. V. 11. P. 785–797. https://doi.org/10.1038/ni.1923Hawksworth O.A., Coulthard L.G., Woodruff T.M. // Mol. Immunol. 2017. V. 84. P. 17–25. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2016.11.010Alfadda A.A., Sallam R.M. // J. Biomed. Biotechnol. 2012. P. 936486. https://doi.org/10.1155/2012/936486Gierlikowska B., Stachura A., Gierlikowski W., Demkow U. // Front. Pharmacol. 2021. V. 12. P. 666732. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.666732Mastellos D.C., Hajishengallis G., Lambris J.D. // Nat. Rev. Immunol. 2024. V. 24. P. 118–141. https://doi.org/10.1038/s41577-023-00926-1Goldstein I.M., Weissmann G. // J. Immunol. 1974. V. 113. P. 1583–1588. https://doi.org/10.4049/jimmunol.113.5.1583Johnson U., Ohlsson K., Olsson I. // Scand. J. Immunol. 1976. V. 5. P. 421–426. https://doi.org/10.1111/j.1365-3083.1976.tb00296.xOrr F.W., Varani J., Kreutzer D.L., Senior R.M., Ward P.A. // Am. J. Pathol. 1979. V. 94. P. 75–83.Taylor J.C., Crawford I.P., Hugli T.E. // Biochemistry. 1977. V. 16. P. 3390–3396. https://doi.org/10.1021/bi00634a016Venge P., Olsson I. // J. Immunol. 1975. V. 115. P. 1505–1508. https://doi.org/10.4049/jimmunol.115.6.1505Vogt W. // Immunobiology. 2000. V. 201. P. 470–477. https://doi.org/10.1016/S0171-2985(00)80099-6Ward P.A., Hill J.H. // J. Immunol. 1970. V. 104. P. 535– 543. https://doi.org/10.4049/jimmunol.104.3.535Кренев И.А., Берлов М.Н., Умнякова Е.С. // Иммунология. 2021. Т. 42. С. 426–433. https://doi.org/10.33029/0206-4952-2021-42-4-426-433van den Berg R.H., Faber-Krol M.C., van Wetering S., Hiemstra P.S., Daha M.R. // Blood. 1998. V. 92. P. 3898–3903. https://doi.org/10.1182/blood.V92.10.3898Groeneveld T.W., Ramwadhdoebé T.H., Trouw L.A., van den Ham D.L., van der Borden V., Drijfhout J.W., Hiemstra P.S., Daha M.R., Roos A. // Mol. Immunol. 2007. V. 44. P. 3608–3614. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2007.03.003Nordahl E.A., Rydengård V., Nyberg P., Nitsche D.P., Mörgelin M., Malmsten M., Björck L., Schmidtchen A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. P. 16879– 16884. https://doi.org/10.1073/pnas.0406678101Sonesson A., Ringstad L., Nordahl E.A., Malmsten M., Mörgelin M., Schmidtchen A. // Biochim. Biophys. Acta. 2007. V. 1768. P. 346–353. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2006.10.017Pasupuleti M., Walse B., Nordahl E.A., Mörgelin M., Malmsten M., Schmidtchen A. // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. P. 2520–2528. https://doi.org/10.1074/jbc.M607848200Shingu M., Nobunaga M. // Am. J. Pathol. 1984. V. 117. P. 201–206.Shingu M., Nonaka S., Nishimukai H., Nobunaga M., Kitamura H., Tomo-Oka K. // Clin. Exp. Immunol. 1992. V. 90. P. 72–78. https://doi.org/10.1111/j.1365-2249.1992.tb05834.xVogt W., Damerau B., von Zabern I., Nolte R., Brunahl D. // Mol. Immunol. 1989. V. 26. P. 1133–1142. https://doi.org/10.1016/0161-5890(89)90057-6Vogt W., Zimmermann B., Hesse D., Nolte R. // Mol. Immunol. 1992. V. 29. P. 251–256. https://doi.org/10.1016/0161-5890(92)90106-8Vogt W., Hesse D. // Immunobiology. 1992. V. 184. P. 384–391. https://doi.org/10.1016/S0171-2985(11)80595-4Vogt W. // Immunobiology. 1996. V. 195. P. 334–346. https://doi.org/10.1016/S0171-2985(96)80050-7Clark R.A., Klebanoff S.J. // J. Clin. Invest. 1979. V. 64. P. 913–920. https://doi.org/10.1172/JCI109557Coble B.I., Dahlgren C., Hed J., Stendahl O. // Biochim. Biophys. Acta. 1984. V. 802. P. 501–505. https://doi.org/10.1016/0304-4165(84)90369-6Miller T.E. // J. Bacteriol. 1969. V. 98. P. 949–955. https://doi.org/10.1128/jb.98.3.949-955.1969Lichtenstein A.K., Ganz T., Selsted M.E., Lehrer R.I. // Cell. Immunol. 1988. V. 114. P. 104–116. https://doi.org/10.1016/0008-8749(88)90258-4Vissers M.C., Winterbourn C.C. // Biochem. J. 1987. V. 245. P. 277–280. https://doi.org/10.1042/bj2450277Shao B., Belaaouaj A., Verlinde C.L., Fu X., Heinecke J.W. // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. P. 29311– 29321. https://doi.org/10.1074/jbc.M504040200Hawkins C.L., Davies M.J. // Chem. Res. Toxicol. 2005. V. 18. P. 1600–1610. https://doi.org/10.1021/tx050207bKrishna H., Avinash K., Shivakumar A., Al-Tayar N.G.S., Shrestha A.K. // Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2021. V. 251. P. 119358. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.119358Peffault de Latour R., Brodsky R.A., Ortiz S., Risitano A.M., Jang J.H., Hillmen P., Kulagin A.D., Kulasekararaj A.G., Rottinghaus S.T., Aguzzi R., Gao X., Wells R.A., Szer J. // Br. J. Haematol. 2020. V. 191. P. 476–485. https://doi.org/10.1111/bjh.16711Forman H.J., Bernardo A., Davies K.J. // Arch. Biochem. Biophys. 2016. V. 603. P. 48–53. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.05.005Pravda J. // Mol. Med. 2020. V. 26. P. 41. https://doi.org/10.1186/s10020-020-00165-3Lipcsey M., Bergquist M., Sirén R., Larsson A., Huss F., Pravda J., Furebring M., Sjölin J., Janols H. // Biomedicines. 2022. V. 10. P. 848. https://doi.org/10.3390/biomedicines10040848Huber-Lang M., Ekdahl K.N., Wiegner R., Fromell K., Nilsson B. // Semin. Immunopathol. 2018. V. 40. P. 87– 102. https://doi.org/10.1007/s00281-017-0646-9Weiss S.J., Peppin G., Ortiz X., Ragsdale C., Test S.T. // Science. 1985. V. 227. P. 747–749. https://doi.org/10.1126/science.2982211Peppin G.J., Weiss S.J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986. V. 83. P. 4322–4326. https://doi.org/10.1073/pnas.83.12.4322Fu X., Kassim S.Y., Parks W.C., Heinecke J.W. // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 41279–41287. https://doi.org/10.1074/jbc.M106958200Wang Y., Rosen H., Madtes D.K., Shao B., Martin T.R., Heinecke J.W., Fu X. // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. P. 31826–31834. https://doi.org/10.1074/jbc.M704894200Siddiqui T., Zia M.K., Ali S.S., Rehman A.A., Ahsan H., Khan F.H. // Arch. Physiol. Biochem. 2016. V. 122. P. 1–7. https://doi.org/10.3109/13813455.2015.1115525DiScipio R.G., Smith C.A., Muller-Eberhard H.J., Hugli T.E. // J. Biol. Chem. 1983. V. 258. P. 10629–10636. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(17)44503-0Zharkova M.S., Komlev A.S., Filatenkova T.A., Sukhareva M.S., Vladimirova E.V., Trulioff A.S., Orlov D.S., Dmitriev A.V., Afinogenova A.G., Spiridonova A.A., Shamova O.V. // Pharmaceutics. 2023. V. 15. P. 291. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15010291Krenev I.A., Umnyakova E.S., Eliseev I.E., Dubrovskii Y.A., Gorbunov N.P., Pozolotin V.A., Komlev A.S., Panteleev P.V., Balandin S.V., Ovchinnikova T.V., Shamova O.V., Berlov M.N. // Mar. Drugs. 2020. V. 18. P. 631. https://doi.org/10.3390/md18120631Umnyakova E.S., Gorbunov N.P., Zhakhov A.V., Krenev I.A., Ovchinnikova T.V., Kokryakov V.N., Berlov M.N. // Mar. Drugs. 2018. V. 16. P. 480. https://doi.org/10.3390/md16120480Fearon D.T., Austen K.F. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1977. V. 74. P. 1683-1687. https://doi.org/10.1073/pnas.74.4.1683Fields G.B., Noble R.L. // Int. J. Pept. Protein Res. 1990. V. 35. P. 161–214. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1990.tb00939.xPozolotin V.A., Umnyakova E.S., Kopeykin P.M., Komlev A.S., Dubrovskii Y.A., Krenev I.A. Shamova O.V., Berlov M.N. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2021. V. 47. P. 741–748.] https://doi.org/10.1134/S1068162021030158Smith B.J. // Methods Mol. Biol. 1984. V. 1. P. 63–73. https://doi.org/10.1385/0-89603-062-8:63Berlov M.N., Korableva E.S., Andreeva Y.V., Ovchinnikova T.V., Kokryakov V.N. // Biochemistry (Moscow). 2007. V. 72. P. 445–451. https://doi.org/10.1134/S0006297907040128Świerczyńska M., Słowiński D., Michalski R., Romański J., Podsiadły R. // Molecules. 2023. V. 28. Р. 6055. https://doi.org/10.3390/molecules28166055A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2020. https://www.R-project.org/Wickham H. // ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. New York: Springer-Verlag, 2016.Kassambara A. //ggpubr: ‘ggplot2’ Based Publication Ready Plots. R package version 0.6.0, 2023. https://rpkgs.datanovia.com/ggpubr/