Russian Journal of Bioorganic ChemistryRussian Journal of Bioorganic ChemistryБиоорганическая химия0132-34231998-2860The Russian Academy of Sciences68310110.31857/S0132342325010101LYUNDQArticlesСтатьиResearch ArticlePreparation of boron-containing s-nitrosothiol based on homocysteinylamides of human serum albumin for combined no-chemical and boron-neutron-capture therapyПолучение борсодержащего s-нитрозотиола на основе гомоцистеиниламидов сывороточного альбумина человека для комбинированной no-химической и бор-нейтронозахватной терапииPopovaT. V.ПоповаТ. В.
Russian Federation
v.silnikov@mail.ruVanM.ВанМ.
Russian Federation
v.silnikov@mail.ruKurochkinT. N.КурочкинТ. Н.
Russian Federation
v.silnikov@mail.ruTsyrempilovS. A.ЦыремпиловС. А.
Russian Federation
v.silnikov@mail.ruZakharovaO. D.ЗахароваО. Д.
Russian Federation
v.silnikov@mail.ruSilnikovV. N.СильниковВ. Н.
Russian Federation
v.silnikov@mail.ruGodovikovaT. S.ГодовиковаТ. С.
Russian Federation
v.silnikov@mail.ruInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RASИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНNovosibirsk National Research State UniversityНовосибирский национальный исследовательский государственный университет1502202551110511805062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0132-3423/article/view/683101

The strategic aim of this work is to create a fluorophore-labelled, clinically relevant exogenous NO donor carrying a boron-containing compound residue on the basis of human serum albumin (HSA) for the implementation of combined NO-chemotherapy and boron-neutron-capture therapy. By selective modification of the Cys34 residue of albumin with a maleimide derivative of a fluorescent dye and subsequent N-homocysteinylation with a thiolactone derivative of homocysteine containing a clozo-dodecaborate residue, a nanoconstruct for boron-neutron-capture therapy was obtained. An analogue based on the natural modifier, boron-containing homocysteine thiolactone, was synthesised by alkylation of the amino group of thiolactone with a dioxonium derivative of clozo-dodecaborate. Post-synthetic modification of the lysine residues of the protein using the boron thiolactone of homocysteine provided the introduction of SH groups into the protein and the possibility of subsequent trans-S-nitrosylation of the protein using S-nitrosoglutathione. It was found that 2 mol of NO was conjugated to 1 mol of boron-containing HSA. Boron-containing S-nitrosothiol based on albumin homocysteinylamide, without epithermal neutron irradiation, was demonstrated to be more cytotoxic against human glioblastoma cell lines than the boron-containing albumin conjugate. Thus, the approach used allows obtaining a boron-enriched structure based on a biocompatible tumor-specific protein, containing a fluorescent label and an increased number of S-nitroso groups. It is necessary for the manifestation of a chemotherapeutic effect of the construct. The practical significance of this structure lies in the possibility of a cancer treating, combining chemo- and boron-neutron capture therapy.

Стратегическая цель работы – создание на основе сывороточного альбумина человека (HSA), меченного флуорофором, клинически значимого экзогенного донора NO, несущего остаток борсодержащего соединения, для реализации комбинированной NO-химиотерапии и бор-нейтронозахватной терапии. Путем селективной модификации остатка Cys34 альбумина малеимидным производным флуоресцентного красителя и последующего N-гомоцистеинилирования производным тиолактона гомоцистеина, содержащим остаток клозо-додекабората, была получена наноконструкция для бор-нейтронозахватной терапии. Синтез аналога на основе природного модификатора – борсодержащего тиолактона гомоцистеина – был осуществлен путем алкилирования аминогруппы тиолактона с помощью диоксониевого производного клозо-додекабората. Постсинтетическая модификация остатков лизина белка с использованием бор-тиолактона гомоцистеина обеспечила введение в белок SН-групп и возможность последующего транс-S-нитрозилирования белка с помощью S-нитрозоглутатиона. Обнаружено, что 2 моль NO конъюгировано с 1 моль борсодержащего HSA. Продемонстрировано, что борсодержащий S-нитрозотиол на основе гомоцистеиниламида альбумина, даже без облучения эпитепловыми нейтронами, более цитотоксичен в отношении клеточных линий глиобластомы человека, чем борсодержащий конъюгат альбумина. Таким образом, использованный подход позволяет получить обогащенную атомами бора конструкцию на основе биосовместимого опухоль-специфичного белка, содержащую флуоресцентную метку и увеличенное количество S-нитрозогрупп, необходимых для проявления химиотерапевтического эффекта. Практическая значимость данной конструкции состоит в возможности ее использования в рамках воздействия на раковую опухоль, совмещающего химио- и бор-нейтронозахватную терапию.

S-nitrosoglutathioneclozo-dodecaborateboron-containing homocysteine thiolactoneS-nitrosylated boron-containing homocysteinylamide albuminboron-neutron-capture therapyS-нитрозоглутатионклозо-додекаборатборсодержащий тиолактон гомоцистеинаS-нитрозилированный борсодержащий гомоцистеиниламид альбуминабор-нейтронозахватная терапияИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RAS121031300042-1Lancaster J.R. // Biochem. Pharmacol. 2020. V. 176. P. 113793. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2020.113793Lundberg J.O., Weitzberg E. // Cell. 2022. V. 185. P. 2853–2878. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.06.010Kannan M.S., Guiang S., Johnson D.E. // Indian J. Pediatr. 1998. V. 65. P. 333–345. https://doi.org/10.1007/BF02761123Moncada S., Palmer R.M., Higgs E.A. // Pharmacol. Rev. 1991. V. 43. P. 109–142.Thomas D.D., Liu X., Kantrow S.P., Lancaster J.R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001. V. 98. P. 355–360. https://doi.org/10.1073/pnas.011379598Осипов А.Н., Борисенко Г.Г., Владимиров Ю.А. // Усп. биол. химии. 2007. Т. 47. С. 259–292.Ванин А.Ф. // Мол. биология. 2023. Т. 57. С. 925–937.Sharma V., Fernando V.R., Letson J., Walia Y., Zheng X., Fackelman D., Furuta S. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 4600. https://doi.org/10.3390/ijms22094600Soni Y., Softness K., Arora H., Ramasamy R. // Am. J. Mens. Health. 2020. V. 14. P. 1557988320903191. https://doi.org/10.1177/1557988320903191Kamm A., Przychodzen P., Kuban-Jankowska A., Jacewicz D., Dabrowska A.M., Nussberger S., Wozniak M., Gorska-Ponikowska M. // Nitric Oxide. 2019. V. 93. P. 102–114. https://doi.org/10.1016/j.niox.2019.09.005Mintz J., Vedenko A., Rosete O., Shah K., Goldstein G., Hare J.M., Ramasamy R., Arora H. // Vaccines (Basel). 2021. V. 9. P. 94. https://doi.org/10.3390/vaccines9020094Andrabi S.M., Sharma N.S., Karan A., Shahriar S.M.S., Cordon B., Ma B., Xie J. // Adv. Sci. (Weinh). 2023. V. 10. P. e2303259. https://doi.org/10.1002/advs.202303259Gao D., Asghar S., Hu R., Chen S., Niu R., Liu J., Chen Z., Xiao Y. // Acta. Pharm. Sin. B. 2023. V. 13. P. 1498–1521. https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.11.016Huang W., Zhang J., Luo L., Yu Y., Sun T. // ACS Biomater. Sci. Eng. 2023. V. 9. P. 139–152. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.2c01247Alimoradi H., Greish K., Barzegar-Fallah A., Alshaibani L., Pittalà V. // Int. J. Nanomedicine. 2018. V. 20. P. 7771–7787. https://doi.org/10.2147/IJN.S187089Ishima Y., Kragh-Hansen U., Maruyama T., Otagiri M. // Biomed. Res. Int. 2013. V. 2013. P. 353892. https://doi.org/10.1155/2013/353892Sinha B.K. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 13611. https://doi.org/10.3390/ijms241713611Zhao Z., Shan X., Zhang H., Shi X., Huang P., Sun J., He Z., Luo C., Zhang S. // J. Controll. Releas. 2023. V. 362. P. 151–169.Kim J., Thomas S.N. // Pharmacol. Rev. 2022. V. 74. P. 1146–1175. https://doi.org/10.1124/pharmrev.121.000500Stamler J.S., Jaraki O., Osborne J., Simon D.I., Keaney J., Vita J., Singel D., Valeri C.R., Loscalzo J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992. V. 89. P. 7674–7677. https://doi.org/10.1073/pnas.89.16.7674Tsiountsioura M., Cvirn G., Schlagenhauf A., Haidl H., Zischmeier K., Janschitz N., Koestenberger M., Wonisch W., Paar M., Wagner T., Weiss E.C., Hallström S. // Biomedicines. 2022. V. 10. P. 649. https://doi.org/10.3390/biomedicines10030649Rungatscher A., Hallstrom S., Linardi D., Milani E., Gasser H., Podesser B.K., Scarabelli T.M., Luciani G.B., Faggian G. // J. Heart Lung Transplant. 2015. V. 34. P. 479–488.Hallstrom S., Franz M., Gasser H., Vodrazka M., Semsroth S., Losert U.M., Haisjackl M., Podesser B.K., Malinski T. // Cardiovasc. Res. 2008. V. 77. P. 506–514.Hallstrom S., Gasser H., Neumayer C., Fugl A., Nanobashvili J., Jakubowski A., Huk I., Schlag G., Malinski T. // Circulation. 2002. V. 105. P. 3032–3038.Enayati M., Schneider K.H., Almeria C., Grasl C., Kaun C., Messner B., Rohringer S., Walter I., Wojta J., Budinsky L., Walpoth B.H., Schima H., Kager G., Hallström S., Podesser B.K., Bergmeister H. // Acta Biomaterialia. 2021. V. 134. P. 276–288. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.07.048Schaefer A.-K., Kiss A., Oszwald A., Nagel F., Acar E., Aliabadi-Zuckermann A., Hackl M., Zuckermann A., Kain R., Jakubowski A., Ferdinandy P., Hallström S. // Transpl. Int. 2022. V. 35. P. 10057. https://doi.org/10.3389/ti.2022.10057Ishima Y., Maruyama T., Otagiri M., Chuang V.T.G., Ishida T. // Chem. Pharm. Bull. (Tokyo). 2022. V. 70. P. 330–333. https://doi.org/10.1248/cpb.c21-01024Ishima Y., Maruyama T., Otagiri M., Ishida T. // Chem. Pharm. Bull. 2020. V. 68. P. 583–588. https://doi.org/10.1248/cpb.c20-00026Bihari S., Bannard-Smith J., Bellomo R. // Crit. Care Resusc. 2020. V. 22. P. 257–265. https://doi.org/10.1016/S1441-2772(23)00394-0Ishima Y. // Biol. Pharm. Bull. 2017. V. 40. P. 128–134. https://doi.org/10.1248/bpb.b16-00867Maeda H. // J. Pers. Med. 2021. V. 11. P. 229.Fang J. // J. Pers. Med. 2022. V. 12. P. 95.Zi Y., Yang K., He J., Wu Z., Liu J., Zhang W. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2022. V. 188. P. 114449.Kim J., Cho H., Lim D.K., Joo M.K., Kim K. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 10082. https://doi.org/10.3390/ijms241210082Subhan M.A., Parveen F., Filipczak N., Yalamarty S.S.K., Torchilin V.P. // J. Pers. Med. 2023. V. 13. P. 389. https://doi.org/10.3390/jpm13030389Xu Y., Ren. H., Liu J., Wang Y., Meng Z., He Z., Miao W., Chen G., Li X. // Nanoscale. 2019. V. 11. P. 5474–5488.Zhao Y., Ouyang X., Peng Y., Peng S. // Pharmaceutics. 2021. V. 13. P. 1917. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics1311191Ji P., Yang K., Xu Q., Qin G., Zhu Q., Qian Y., Yao W. // Pharmaceuticals (Basel). 2023. V. 16. P. 1394. https://doi.org/10.3390/ph16101394Fan W., Bu W., Zhang Z., Shen B., Zhang H., He Q., Ni D., Cui Z., Zhao K., Bu J., Du J., Liu J., Shi J. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2015. V. 54. P. 14026– 14030. https://doi.org/10.1002/anie.201504536Barth R.F., Zhang Z., Liu T. // Cancer Commun. 2018. V. 38. P. 36.Иванов А.А., Смирнов А.Н., Таскаев С.Ю., Баянов Б.Ф., Бельченко Ю.И., Давыденко В.И., Дунаевский А., Емелев И.С., Касатов Д.А., Макаров А.Н., Микенс М., Куксанов Н.К., Попов С.С., Салимов Р.А., Санин А.Л., Сорокин И.Н., Сычева Т.В., Щудло И.М., Воробьев Д.С., Черепков В.Г., Фадеев С.Н. // Усп. физ. химии. 2022. Т. 192. С. 894– 912.Popova T. V., Pyshnaya I.A., Zakharova O.D., Akulov A.E., Shevelev O.B., Poletaeva J., Zavjalov E.L., Silnikov V.N., Ryabchikova E.I., Godovikova T.S. // Biomedicines. 2021. V. 9. P. 1–15.Peters T.J. // Adv. Protein Chem. 1985. V. 37. P. 161– 245.Ishima Y., Hiroyama S., Kragh-Hansen U., Maruyama T., Sawa T., Akaike T., Kai T., Otagiri M. // Nitric Oxide. 2010. V. 23. P. 121–127.Era H., Terada S., Minami T., Takahashi T., Arikawa T. // Heterogenity of Commercially Available Human Serum Albumin Products: Thiol Oxidation and Protein Carbonylation. 37th Congress of IUPS. Birmingham, UK, 2013.Miyamura S., Imafuku T., Anraku M., Taguchi K., Yamasaki K., Tominaga Y., Maeda H., Ishima Y., Watanabe H., Otagiri M., Maruyama T. // J. Pharm. Sci. 2016. V. 105. P. 1043–1049.Xu Y., Liu J., Liu Z., Chen G., Li X., Ren H. // Int. J. Nanomedicine. 2021. V. 16. P. 2597–2613. https://doi.org/10.2147/IJN.S295445Ikeda M., Ishima Y., Chuang V.T.G., Ikeda T., Kinoshita R., Watanabe H., Ishida T., Otagiri M., Maruyama T. // Nitric Oxide. 2017. V. 69. P. 28–34. https://doi.org/10.1016/j.niox.2017.04.005Lisitskiy V.A., Khan H., Popova T.V., Chubarov A.S., Zakharova O.D., Akulov A.E., Shevelev O.B., Zavjalov E.L., Koptyug I.V., Moshkin M.P., Silnikov V.N., Ahmad S., Godovikova T.S. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2017. V. 27. P. 3925–3930.Popova T.V., Krumkacheva O.A., Burmakova A.S., Spitsyna A.S., Zakharova O.D., Lisitskiy V.A., Kirilyuk I.A., Silnikov V.N., Bowman M.K., Bagryanskaya E.G., Godovikova T.S. // RSC Medicinal Chemistry. 2020. V. 11. P. 1314–1325.Raskolupova V.I., Wang M., Dymova M.A., Petrov G.O., Shchudlo I.M., Taskaev S.Y., Abramova T.V., Godovikova T.S., Silnikov V.N., Popova T.V. // Molecules. 2023. V. 28. P. 2672–2689.Popova T.V., Dymova M.A., Koroleva L.S., Zakharova O.D., Lisitskiy V.A., Raskolupova V.I., Sycheva T.V., Taskaev S.Yu., Silnikov V.N., Godovikova T.S. // Molecules. 2021. V. 26. P. 6537–6553.Popova T.V., Khan H., Chubarov A.S., Lisitskiy V.A., Antonova N.M., Akulov A.E., Shevelev O.B., Zavjalov E.L., Silnikov V.N., Ahmad S., Godovikova T.S. // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2018. V. 28. P. 260–264. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2017.12.061Kashiwagi H., Kawabata S., Yoshimura K., Fukuo Y., Kanemitsu T., Takeuchi K., Shiba H., Hiramatsu R., Nishimura K., Kawai K., Takata T., Tanaka H., Watanabe T., Suzuki M., Miyatake S.I., Nakamura H., Wanibuchi M. // Investigat. New Drugs. 2022. V. 40. P. 255–264.Sivaev I.B., Kulikova N.Y., Nizhnik E.A., Vichuzhanin M.V., Starikova Z.A., Semioshkin A.A., Bregadze V.I. // J. Organomet. Chem. 2008. V. 693. P. 519– 525.Semioshkin A., Nizhnik E., Godovikov I., Starikiva Z., Bregadze V. // J. Organomet. Chem. 2007. V. 692. P. 4020–4028.Kikuchi S., Kanoh D., Sato S., Sakurai Y., Suzuki M., Nakamura H. // J. Control. Release. 2016. V. 237. P. 160–166.Mosmann T. // J. Immunol. Methods. 1983. V. 65. P. 55–63.Peters R.A. // In: Advances in Enzymology / Eds. Nord F.F. Interscience Publishers Inc., Geneva, Switzerland, 1957. P. 113–159.Laemmli U.K. // Nature. 1970. V. 227. P. 680–685.Terance W. // Tetrahedron Letters. 1985. V. 26. P. 2013– 2016.Chubarov A.S., Zakharova O.D., Koval O.A., Romaschenko A.V., Akulov A.E., Zavjalov E.L., Razumov I.A., Koptyug I.V., Knorre D.G., Godovikova T.S. // Bioorg. Med. Chem. 2015. V. 23. P. 6943–6954.