INTERACTION OF CERULOPLASMIN, MYELOPEROXIDASE AND THROMBIN IN SYNOVIAL FLUID OF RHEUMATOID ARTHRITIS PATIENTS AND ITS ROLE IN INFLAMMATORY PROCESS



Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The extreme sensitivity of the copper-containing oxidase ceruloplasmin (CP, M -132 kDa), which is present in blood plasma, to proteinases results in CP fragmentation upon its isolation and in degradation upon storage. Fragmented ceruloplasminlacks some antioxidant activities typical of the intact protein, e.g., it does not inhibit myeloperoxidase (MPO). Analysis of the synovial fluid of rheumatoid arthritis patients did not reveal thrombin (FIIa) and MPO activities in samples that contain non-fragmented CP. However, these activities were found in samples where no non-fragmented 132-kDa CP was present. Because CP is an evolutionary relative of blood coagulation factors V and VII, we hypothesized that FIIa is involved in CP proteolysis. Indeed, recombinant FIIa inhibitors, hirudin 2 (HM2), and its 1-47 fragment (S2R) completely inhibited CP degradation in blood serum upon its storage under sterile conditions. Mass-spectrometric comparison of CP fragments formed upon spontaneous proteolysis during storage of purified CP and upon FIIa-mediated proteolysis of CP showed that fragmentation patterns are the same in both cases. So far, there was no evidence that FIIa can hydrolyze peptide bonds downstream of amino acids other than arginine. However, 116-and 19-kDa fragments formation from 132-kDa CP is consistent with a non-canonical site of FIIa-catalyzed cleavage between lysine-887 and valin-888. This non-canonical CP cleavage by FIIa may be a result of the homology between the 946-954 sequence in CP and 62-70 sequence in hirudin, which interacts with the exosite I of FIIa.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A V Sokolov

institute of Experimental Medicine; St. Petersburg State University; Federal Scientific-Clinical Centre of Physico-Chemical Medicine of FMBA of Russia

Email: biochemsokolov@gmail.com
St. Petersburg, Moscow, Russia

V A Kostevich

institute of Experimental Medicine; Federal Scientific-Clinical Centre of Physico-Chemical Medicine of FMBA of Russia

St. Petersburg, Moscow, Russia

E T Zakharova

institute of Experimental Medicine

St. Petersburg, Russia

L Acquasaliente

University of Padua

Department of Pharmaceutical Sciences Italy

V De Filippis

University of Padua

Department of Pharmaceutical Sciences Italy

V B Vasyliev

institute of Experimental Medicine; St. Petersburg State University,

St. Petersburg, Russia

References

  1. Holmberg C. G. On the presence of a laccase-like enzyme in serum and its relation to the copper in serum // Acta Physiol. Scand.- 1944.- Vol. 8.- P. 227-229.
  2. Holmberg C. G., Laurell C. B. Investigations in serum copper. II // Acta Chem. Scand.- 1948.- Vol. 2.- P. 550-556.
  3. Holmberg C. G., Laurell C. B. Investigations in serum copper. III // Acta Chem. Scand.- 1951.- Vol. 5.- P. 476-480.
  4. Ryden L. Evidence for proteolytic fragments in commercial samples of human ceruloplasmin // FEBS Lett.- 1971.- Vol. 18.- P. 321-325.
  5. Соколов А. В., Костевич В. А. Протеолитическая деградация церулоплазмина тромбином - пример неканонического гидролиза связи K887-V888 // Мед. акад. журн.- 2010.- Т. 10.- С. 63-64
  6. Самыгина В. Р., Соколов А. В., Пулина М. О., Бартуник Г., Васильев В. Б. Рентгеноструктурный анализ высокоочищенного церулоплазмина человека // Кристаллография.- 2008.- Т. 53.- С. 690-698.
  7. Poulik M. D. Heterogeneity and structure of human ceruloplasmin // Ann. N.Y. Acad. Sci.- 1968.- Vol. 151.- P. 476-501.
  8. Simons K., Bearn A. G. Isolation and partial characterization of the polypeptide chains of human ceruloplasmin // Biochim. Biophys. Acta.- 1969.- Vol. 175.- P. 260-270.
  9. Ryden L. Single-chain structure of human ceruloplasmin // Eur. J. Biochem.- 1972.- Vol. 26.- P. 380-386.
  10. McCombs M. L., Bowman B. H. Biochemical studies of ceruloplasmin // Biochim. Biophys. Acta.- 1976.- Vol. 434.- P. 452-461.
  11. Takahashi N., Bauman R. A., Ortel T. L., Dwulet F. E., Wang C.-C., Putnam F. W. Internal triplication in the structure of human ceruloplasmin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1983.- Vol. 80.- P. 115-119.
  12. Kingston I. B., Kingston B. L., Putnam F. W. Chemical evidence that proteolytic cleavage causes the heterogeneity present in human ceruloplasmin preparations // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1977.- Vol. 74.- P. 5377-5381.
  13. Kingston I. B., Kingston B. L., Putnam F. W. Complete amino acid sequence of a histidine-rich proteolytic fragment of human ceruloplasmin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1979.- Vol. 76.- P. 1668-1672.
  14. Prozorovski V. N., Rashkovetski L. G., Vasiliev V. B., Shavlovski M. M., Neifakh S. A. Evidence that human ceruloplasmin molecule consists of homologous parts // Int. J. Pept. Prot. Res.- 1982.- Vol. 19.- P. 40-53.
  15. Соколов А. В., Захарова Е. Т., Шавловский М. М., Васильев В. Б. Получение стабильного церулоплазмина человека и его взаимодействие с протамином кеты // Биоорганическая химия.- 2005.- Т. 31.- С. 1-11.
  16. Соколов А. В., Костевич В. А., Романико Д. Н., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Двухстадийный метод получения церулоплазмина на основе его взаимодействия с неомицином // Биохимия.- 2012.- Т. 77.- С. 775-784.
  17. Соколов А. В., Захарова Е. Т., Костевич В. А., Васильев В. Б. Способ получения особо чистого препарат ферроксидазы церулоплазмина и/или фактора свертывания крови протромбина. Аффинный сорбент для их получения. Патент на изобретение RUS 2488403 15.12.2011
  18. Noyer M., Dwulet F. E., Hao Y. L., Putnam F. W. Purification and characterization of undegraded human ceruloplasmin // Anal. Biochem.- 1980.- Vol. 102.- P. 450-458.
  19. Ehrenwald E., Fox P. L. Isolation of nonlabile human ceruloplasmin by chromatographic removal of a plasma metalloproteinase // Arch. Biochem. Biophys.- 1994.- Vol. 309.- P. 392-395.
  20. Bianchini, A., Musci, G., Calabrese, L. Inhibition of endothelial nitric-oxide synthase by ceruloplasmin // J. Biol. Chem.- 1999.- Vol. 274.- P. 20265-20270.
  21. Соколов А. В., Пулина М. О., Агеева К. В., Черкалина О. С., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Идентификация комплексов церулоплазмина с матриксными металлопротеиназами 2 и 12 // Биохимия.- 2009.- Т. 74.- С. 1703-1708.
  22. Соколов А. В., Пулина М. О., Агеева К. В., Рунова О. Л., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Идентификация катионных белков лейкоцитов, взаимодействующих с церулоплазмином // Биохимия.- 2007.- Т. 72.- С. 1072-1077.
  23. Соколов А. В., Агеева К. В., Костевич В. А., Берлов М. Н., Рунова О. Л., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Исследование взаимодействия церулоплазмина с серпроцидинами // Биохимия.- 2010.- Т. 75.- С. 1544-1552.
  24. Kim I. G., Park S. Y. Requirement of intact human ceruloplasmin for the glutathione-linked peroxidase activity // FEBS Letters.- 1998.- Vol. 437.- P. 293-296.
  25. Van Eden M. E., Aust S. D. Intact human ceruloplasmin is required for the incorporation of iron into human ferritin // Arch. Biochem. Biophys.- 2000.- Vol. 381.- P. 119-126.
  26. Панасенко О. М., Чеканов А. В., Власова И. И., Соколов А. В., Агеева К. В., Пулина М. О., Черкалина О. С., Васильев В. Б. Влияние церулоплазмина и лактоферрина на хлорирующую активность лейкоцитарной миелопероксидазы. Изучение методом хемилюминесценции // Биофизика.- 2008.- Т. 53.- С. 573-581.
  27. Sokolov A. V., Ageeva K. V., Pulina M. O., Tcherkalina O. S., Samygina V. R., Vlasova I. I., Panasenko O. M., Zakharova E. T., Vasilyev V. B. Ceruloplasmin and myeloperoxidase in complex affect the enzymatic properties of each other / / Free Rad. Res.- 2008.- Vol. 42.- P. 989-998.
  28. Sang Q. A. Specific proteolysis of ceruloplasmin by leukocyte elastase // Biochem. Mol. Biol. Int.- 1995.- Vol. 37.- P. 573-581.
  29. Musci G., Bonaccorsi di Patti M. C., Petruzzelli R., Giartosio A., Calabrese L. Divalent cation binding to ceruloplasmin // Biometals.- 1996.- Vol. 9.- P. 66-72.
  30. Church W. R., Jernigan R. L., Toole J., Hewick R. M., Knopf J., Knutson G. J., Nesheim M. E., Mann K. G., Fass D. N. Coagulation factors V and VIII and ceruloplasmin constitute a family of structurally related proteins / / Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1984.- Vol. 81.- P. 6934-6937.
  31. Sokolov A. V., Acquasaliente L., Kostevich V. A., Frasson R., Zakharova E. T., Pontarollo G., Vasilyev V. B., De Filippis V. Thrombin Inhibits the Anti-Myeloperoxidase and Ferroxidase Functions of Ceruloplasmin: Relevance in Rheumatoid Arthritis // Free Rad. Biol. Med.- 2015.- Vol. 86.- P. 279-294.
  32. Varisco P. A., Péclat V., van Ness K., Bischof-Delaloye A., So A., Busso N. Effect of thrombin inhibition on synovial inflammation in antigen induced arthritis // Ann. Rheum. Dis.- 2000.- Vol. 59.- P. 781-787.
  33. Marty I., Péclat V., Kirdaite G., Salvi R., So A., Busso N. Amelioration of collagen-induced arthritis by thrombin inhibition // J. Clin. Invest.- 2001.- Vol. 107.- P. 631-340.
  34. Fling S. P, Gregerson D. S. Peptide and protein molecular weight determination by electrophoresis using a high-molarity tris buffer system without urea // Anal. Biochem.- 1986.- Vol. 155.- P. 83-88.
  35. Anderson N. L., Nance S. L., Pearson T. W., Anderson N. G. Specific antiserum staining of two-dimensional electrophoretic patterns of human plasma proteins immobilized on nitrocellulose // Electrophoresis.- 1982.- Vol. 3.- P. 135-142.
  36. Соколов А. В. Структурно-функциональная характеристика комплексов церулоплазмина с белками лейкоцитов и их роль при воспалительных процессах: дисс. д-ра биол. наук ФГБНУ «ИЭМ».- СПб., 2015.
  37. Соколов А. В., Пулина М. О., Агеева К. В., Айрапетов М. И., Волгин Г. Н., Берлов М. Н., Марков А. Г., Яблонский П. К., Колодкин Н. И., Захарова Е. Т., Васильев В. Б. Взаимодействие церулоплазмина, лактоферрина и миелопероксидазы // Биохимия.- 2007.- Т. 72.- С. 506-514.
  38. Макаров В. А, Момот А. П., Баркаган З. С., Мамаев А. Н., Воюшина Т. Л., Шилова А. Н., Зяблицкая Н. К., Неведрова О. А. Новый метод определения антитромбина III и его диагностическое значение / / Клиническая лабораторная диагностика.- 2004.- Т. 7.- С. 18-21.
  39. Mann K. G., Lawler C. M., Vehar G. A., Church W. R. Coagulation Factor V contains copper ion // J. Biol. Chem.- 1984.- Vol. 259.- P. 12949-12951.
  40. Tagliavacca L., Moon N., Dunham W. R., Kaufman R. J. Identification and functional requirement of Cu(I) and its ligands within coagulation factor VIII // J. Biol. Chem.- 1997.- Vol. 272.- P. 27428-27434.
  41. Wakabayashi H., Koszelak M. E., Mastri M., Fay P. J. Metal ion-independent association of factor VIII subunits and the roles of calcium and copper ions for cofactor activity and inter-subunit affinity // Biochemistry.- 2001.- Vol. 40.- P. 10293-10300.
  42. De Filippis V., Vassiliev V.B., Beltramini M., Fontana A., Salvato B., Gaitskhoki V. S. Evidence for the molten globule state of human apoceruloplasmin // Biochim. Biophys. Acta.- 1996.- Vol. 1297.- P. 119-123.
  43. Ofosu F. A. Modulation of the enzymatic activity of alpha-thrombin by polyanions: consequences on intrinsic activation of factor V and factor VIII // Haemostasis.- 1991.- Vol. 21.- P. 240-247.
  44. Белова С. В., Корякина Е. В. Состояние окислительного гомеостаза и возможность его коррекции в условиях экспериментального ревматоидного артрита // Росс. физиол. журн.- 2008.- Т. 94.- С. 962-968.
  45. Squitti R., Quattrocchi C. C., Salustri C., Rossini P. M. Ceruloplasmin fragmentation is implicated in ‘free’ copper deregulation of Alzheimer’s disease // Prion.- 2008.- Vol. 2.- P. 23-27.
  46. Naughton D. P., Knappitt J., Fairburn K., Gaffney K., Blake D. R., Grootveld M. Detection and investigation of the molecular nature of low-molecular-mass copper ions in isolated rheumatoid knee-joint synovial fluid // FEBS Lett.- 1995.- Vol. 361.- P. 167-172.
  47. Sokolov A. V., Solovyov K. V., Kostevich V. A., Pulina M. O., Zakharova E. T., Shavlovski M. M., Vasilyev V. B., Chekanov A. V., Panasenko O. M. Protection of ceruloplasmin by lactoferrin against hydroxyl radicals is pH dependent // Biochem. Cell Biol.- Vol. 90.- P. 397-404.
  48. Aaseth J., Haugen M., Ferre O. Rheumatoid arthritis and metal compounds - perspectives on the role of oxygen radical detoxification // Analyst.- 1998.- Vol. 123.- P. 3-6.
  49. So A. K., Varisco P. A., Kemkes-Matthes B., Herkenne-Morard C., Chobaz-Péclat V., Gerster J. C., Busso N. Arthritis is linked to local and systemic activation of coagulation and fibrinolysis pathways // J. Thromb. Haemost.- 2003.- Vol. 1.- P. 2510-2515.
  50. Islam K. N., Takahashi M., Higashiyama S., Myint T., Uozumi N. Fragmentation of ceruloplasmin following non-enzymatic glycation reaction // J. Biochem.- 1995.- Vol. 118.- P. 1054-1060.
  51. Lunec J., Halloran S. P., White A. G., Dormandy T. L. Free-radical oxidation (peroxidation) products in serum and synovial fluid in rheumatoid arthritis // J. Rheumatol.- 1981.- Vol. 8.- P. 233-245.
  52. Панасенко О. М., Горудко И. В., Соколов А. В. Хлорноватистая кислота как источник свободных радикалов // Успехи биологической химии.- 2013.- Т. 53.- С. 195-244.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Sokolov A.V., Kostevich V.A., Zakharova E.T., Acquasaliente L., De Filippis V., Vasyliev V.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a 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 - 74760 от 29.12.2018 г.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies