sibmedСибирский научный медицинский журналСибирский научный медицинский журнал2410-25122410-2520ИЦиГ СО РАН10.18699/SSMJ20210204sibmed-567Research ArticleМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOMEDICINEОсобенности и количественные характеристики взаимодействия бензо[а]пирена с фракциями липопротеинов плазмы крови человекаFeatures and quantitative characteristics of the interaction of benzo[a]pyrene with fractions of the human blood plasma lipoproteinshttps://orcid.org/0000-0001-5905-8969ПоляковЛ. М.PolyakovL. M.

Лев Михайлович Поляков, д.м.н., проф.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Lev M. Polyakov, doctor of medical sciences, professor 

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

plm@niibch.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2678-8783КнязевР. А.KnyasevR. A.

Роман Александрович Князев, к.б.н.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Roman A. Knyazev, candidate of biological sciences 

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

Knjazev_roman@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6276-9630КотоваМ. В.KotovaM. V.

Мария Владимировна Котова

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Marya V. Kotova 

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

zerokiri@mail.ruСоловьёваЕ. И.SolovevaE. I.

Елена Игоревна Соловьёва

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Elena I. Soloveva 

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

klena01@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1658-4982РябченкоА. В.RyabchenkoA. V.

Александр Владимирович Рябченко, к.б.н.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Aleksandr V. Ryabchenko, candidate of biological sciences 

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

НИИ биохимии ФИЦ фундаментальной и трансляционной медициныРоссияInstitute of Biochemistry of Federal Research Center for Fundamental and Translational MedicineRussian Federation2021280420214122832Copyright © Поляков Л.М., Князев Р.А., Котова М.В., Соловьёва Е.И., Рябченко А.В., 20212021Поляков Л.М., Князев Р.А., Котова М.В., Соловьёва Е.И., Рябченко А.В.Polyakov L.M., Knyasev R.A., Kotova M.V., Soloveva E.I., Ryabchenko A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibmed.elpub.ru/jour/article/view/567

В работе рассмотрены особенности и количественные характеристики взаимодействия липопротеинов низкой (ЛПНП), очень низкой (ЛПОНП) и высокой (ЛПВП) плотности с полициклическим ароматическим углеводородом бензо[а]пиреном (Б[а]П). Материал и методы. Исследования выполнены с использованием препаративного ультрацентрифугирования фракций липопротеинов плазмы крови человека и флуоресцентной спектроскопии. Результаты. Приведены спектральные характеристики триптофановой флуоресценции фракций ЛПОНП, ЛПНП и ЛПВП при титровании раствором Б[а]П. Взаимодействие фракций ЛП с Б[а]П сопровождалось тушением флуоресценции триптофанилов: наибольшее снижение флуоресценции при насыщающих концентрациях Б[а]П отмечено для фракции ЛПВП - свыше 80 % от исходного уровня, слабее эффект Б[а]П был выражен для ЛПНП (65-74 %) и для ЛПОНП (50-60 %). На основании результатов кривых тушения триптофановой флуоресценции и с учетом молекулярных масс получены количественные характеристики взаимодействия фракций ЛП с Б[а]П: константы ассоциации были порядка (1,3–2,5) × 10─6 М, а количество мест связывания для Б[а]П на частицах ЛП составило от 19 для ЛПВП и до 43 для ЛПОНП. Заключение. Полученные для комплексов ЛП с Б[а]П количественные характеристики взаимодействия позволяют считать ЛП плазмы крови реальными транспортными формами для Б[а]П и других гидрофобных соединений в клетки органов и тканей организма.

The paper considers the features and quantitative characteristics of the interaction of human blood plasma low (LDL), very low (VLDL) and high density lipoproteins (HDL) with a polycyclic aromatic hydrocarbon benzo[a]pyrene (B[a]P). Material and methods. The studies were performed using preparative ultracentrifugation of human plasma lipoprotein fractions and fluorescence spectroscopy. Results. The spectral characteristics of tryptophan fluorescence of VLDL, LDL and HDL fractions during titration with B[a]P solution are presented. The interaction of LP fractions with B[a]P was accompanied by quenching of tryptophanil fluorescence: the greatest decrease in fluorescence at saturating concentrations of B[a]P was noted for the HDL fraction — over 80 %; the effect of B[a]P was weaker for LDL (65-74 %) and for VLDL (50-60 %) of the initial level. Based on the results of the tryptophan fluorescence quenching curves and taking into account the molecular weights, quantitative characteristics of the interaction of the LP fractions with B[a]P were obtained: the association constants were of the order of (1.3 - 2.5) × 10-6 M, and the number of binding sites for B[a] P on LP particles ranged from 19 for HDL and up to 43 for VLDL. Conclusion. The quantitative characteristics of the interaction obtained for the complexes of LP with B[a]P allow us to consider the LP of blood plasma as real transport forms for B[a]P and other hydrophobic compounds into the cells of organs and tissues of the body.

бензо[а]пиренлипопротеины очень низкой плотностилипопротеины низкой плотностилипопротеины высокой плотностиплазма кровифлуоресцентная спектрометрияbenzo[a]pyrenevery low density lipoproteinslow density lipoproteinshigh density lipoproteinsblood plasmafluorescence spectroscopyReferencesPage D., Boehm P.D., Douglas G.S., Bence A.E., Burns W.A., Mankiewicz P.J. Pyrogenic polycyclic aromatic hydrocarbons in sediments record past human activity: a case study in Prince William Sound, Alaska. Mar. Pollut. Bul. 1999; 38 (4): 247–260.Page D., Boehm P.D., Douglas G.S., Bence A.E., Burns W.A., Mankiewicz P.J. Pyrogenic polycyclic aromatic hydrocarbons in sediments record past human activity: a case study in Prince William Sound, Alaska. Mar. Pollut. Bul. 1999; 38 (4): 247–260.Bostrom C.E., Gerde P., Hanberg A., Jernstrom B., Johansson C., Kyrklund T., Rannug A., Törnqvist M., Victorin K., Westerholm R. Cancer risk assessment, indicators, and guidelines for polycyclic aromatic hydrocarbons in the ambient air. Environ. Health Perspect. 2002; 110 (3): 451–488. doi: 10.1289/ehp.110-1241197Bostrom C.E., Gerde P., Hanberg A., Jernstrom B., Johansson C., Kyrklund T., Rannug A., Törnqvist M., Victorin K., Westerholm R. Cancer risk assessment, indicators, and guidelines for polycyclic aromatic hydrocarbons in the ambient air. Environ. Health Perspect. 2002; 110 (3): 451–488. doi: 10.1289/ehp.110-1241197Brevik A., Lindeman B., Rusnakova V., Olsen A.K., Brunborg G., Duale N. Paternal benzo[а] pyrene exposure affects gene expression in the early developing mouse embryo. Toxicol. Sci. 2012; 129 (1): 157–165. doi: 10.1093/toxsci/kfs187Brevik A., Lindeman B., Rusnakova V., Olsen A.K., Brunborg G., Duale N. Paternal benzo[а] pyrene exposure affects gene expression in the early developing mouse embryo. Toxicol. Sci. 2012; 129 (1): 157–165. doi: 10.1093/toxsci/kfs187Moffat I., Chepelev N., Labib S., Bourdon-Lacombe J., Kuo B., Buick J.K., Lemieux F., Williams A., Halappanavar S., Malik A., Luijten M., Aubrecht J., Hyduke D.R., Fornace A.J. Jr, Swartz C.D., Recio L., Yauk C.L. Comparison of toxicogenomics and traditional approaches to inform mode of action and points of departure in human health risk assessment of benzo[a]pyrene in drinking water. Crit. Rev. Toxicol. 2015; 45 (1): 1–43. doi: 10.3109/10408444.2014.973934Moffat I., Chepelev N., Labib S., Bourdon-Lacombe J., Kuo B., Buick J.K., Lemieux F., Williams A., Halappanavar S., Malik A., Luijten M., Aubrecht J., Hyduke D.R., Fornace A.J. Jr, Swartz C.D., Recio L., Yauk C.L. Comparison of toxicogenomics and traditional approaches to inform mode of action and points of departure in human health risk assessment of benzo[a]pyrene in drinking water. Crit. Rev. Toxicol. 2015; 45 (1): 1–43. doi: 10.3109/10408444.2014.973934Castelli F., Librando V., Sarpietro M.G. Calorimetric approach of the interaction and absorption of polycyclic aromatic hydrocarbons with model membranes. Environ. Sci. Technol. 2002; 36 (12): 2717– 2723. doi: 10.1021/es010260wCastelli F., Librando V., Sarpietro M.G. Calorimetric approach of the interaction and absorption of polycyclic aromatic hydrocarbons with model membranes. Environ. Sci. Technol. 2002; 36 (12): 2717– 2723. doi: 10.1021/es010260wVerma N., Pink M., Petrat F., Rettenmeier A.W., Schmitz-Spanke S. Exposure of primary porcine urothelial cells to benzo(a)pyrene: in vitro uptake, intracellular concentration, and biological response. Arch. Toxicol. 2012; 86 (12): 1861–1871. doi: 10.1007/s00204-012-0899-yVerma N., Pink M., Petrat F., Rettenmeier A.W., Schmitz-Spanke S. Exposure of primary porcine urothelial cells to benzo(a)pyrene: in vitro uptake, intracellular concentration, and biological response. Arch. Toxicol. 2012; 86 (12): 1861–1871. doi: 10.1007/s00204-012-0899-ySafe S., Lee S.O., Jin U.H. Role of the arylhydrocarbon receptor in carcinogenesis and potential as a drug target. Toxicol. Sci. 2013; 135 (1): 1–16. doi: 10.1093/toxsci/kft128Safe S., Lee S.O., Jin U.H. Role of the arylhydrocarbon receptor in carcinogenesis and potential as a drug target. Toxicol. Sci. 2013; 135 (1): 1–16. doi: 10.1093/toxsci/kft128Vauhkonen M., Kuusi T., Kinnunen P.K. Serum and tissue distribution of benzol[α]pyrene from intravenously injected chylomicrons in rat in vivo. Cancer Lett. 1980; 11 (2): 113–119. doi: 10.1016/0304-3835(80)90101-9Vauhkonen M., Kuusi T., Kinnunen P.K. Serum and tissue distribution of benzol[α]pyrene from intravenously injected chylomicrons in rat in vivo. Cancer Lett. 1980; 11 (2): 113–119. doi: 10.1016/0304-3835(80)90101-9Polyakov L.M., Chasovskikh M.I., Panin L.E. Binding and treatment of benzo(a)pyrene by blood plasma lipoproteins: The possible role of apolipoprotein B in this process. Bioconjug. Chem. 1996; 7 (4): 396–400. doi: 10.1021/bc960005ePolyakov L.M., Chasovskikh M.I., Panin L.E. Binding and treatment of benzo(a)pyrene by blood plasma lipoproteins: The possible role of apolipoprotein B in this process. Bioconjug. Chem. 1996; 7 (4): 396–400. doi: 10.1021/bc960005eПоляков Л.М., Князев Р.А., Рябченко А.В., Котова М.В., Трифонова Н.В. Липопротеины крови как платформа для транспорта гидрофильных и гидрофобных соединений. Сиб. науч. мед. ж. 2019; 39 (4): 30–36. doi: 10.15372/SSMJ20190404 Polyakov L.M., Knyazev R.A., Ryabchenko A.V., Kotova M.V., Trifonova N.V. Blood lipoproteins as a platform for transport of hydrophilic and hydrophobic compounds. Sibirskiy nauchnyy meditsinskiy zhurnal = Siberian Scientific Medical Journal. 2019; 39 (4): 30–36. [In Russian]. doi: 10.15372/SSMJ20190404Поляков Л.М., Князев Р.А., Рябченко А.В., Котова М.В., Трифонова Н.В. Липопротеины крови как платформа для транспорта гидрофильных и гидрофобных соединений. Сиб. науч. мед. ж. 2019; 39 (4): 30–36. doi: 10.15372/SSMJ20190404 Polyakov L.M., Knyazev R.A., Ryabchenko A.V., Kotova M.V., Trifonova N.V. Blood lipoproteins as a platform for transport of hydrophilic and hydrophobic compounds. Sibirskiy nauchnyy meditsinskiy zhurnal = Siberian Scientific Medical Journal. 2019; 39 (4): 30–36. [In Russian]. doi: 10.15372/SSMJ20190404Brown M.S., Goldstein J.L. The SREBP pathway: regulation of cholesterol metabolism by proteolysis of a membrane-bound transcription factor. Cell. 1997, 89 (3): 331–340. doi: 10.1016/s0092-8674(00)80213-5Brown M.S., Goldstein J.L. The SREBP pathway: regulation of cholesterol metabolism by proteolysis of a membrane-bound transcription factor. Cell. 1997, 89 (3): 331–340. doi: 10.1016/s0092-8674(00)80213-5Shu H.P., Bymun E.N. Systemic excretion of benzo(a)pyrene in the control and microsomally induced rat: the influence of plasma lipoproteins and albumin as carrier molecules. Cancer Res. 1983; 43 (2): 485–90.Shu H.P., Bymun E.N. Systemic excretion of benzo(a)pyrene in the control and microsomally induced rat: the influence of plasma lipoproteins and albumin as carrier molecules. Cancer Res. 1983; 43 (2): 485–90.Busbee D.L., Norman J.O., Ziprin R.L. Comparative uptake, vascular transport, and cellular internalization of aflatoxin-B1 and benzo(a)pyrene. Arch. Toxicol. 1990; 64: 285–290. doi: 10.1007/bf01972988Busbee D.L., Norman J.O., Ziprin R.L. Comparative uptake, vascular transport, and cellular internalization of aflatoxin-B1 and benzo(a)pyrene. Arch. Toxicol. 1990; 64: 285–290. doi: 10.1007/bf01972988Hatch F.T., Lees R.S. Practical method for plasma lipoprotein analysis. Adv. Lipid Res. 1968; 6: 2–68. doi: 10.1016/B978-1-4831-9942-9.50008-5Hatch F.T., Lees R.S. Practical method for plasma lipoprotein analysis. Adv. Lipid Res. 1968; 6: 2–68. doi: 10.1016/B978-1-4831-9942-9.50008-5Поляков Л.М., Суменкова Д.В., Князев Р.А., Панин Л.Е. Анализ взаимодействия липопротеинов и стероидных гормонов. Биомед. химия. 2011; 57 (3): 308–313. doi: 10.18097/pbmc20115703308 Polyakov L.M., Sumenkova D.V., Knyazev R.A., Panin L.E. The analysis of interaction lipoproteins and steroid hormones. Biomeditsinskaya khimiya = Biomedical Chemistry. 2011; 57 (3): 308–313. [In Russian]. doi: 10.18097/pbmc20115703308Поляков Л.М., Суменкова Д.В., Князев Р.А., Панин Л.Е. Анализ взаимодействия липопротеинов и стероидных гормонов. Биомед. химия. 2011; 57 (3): 308–313. doi: 10.18097/pbmc20115703308 Polyakov L.M., Sumenkova D.V., Knyazev R.A., Panin L.E. The analysis of interaction lipoproteins and steroid hormones. Biomeditsinskaya khimiya = Biomedical Chemistry. 2011; 57 (3): 308–313. [In Russian]. doi: 10.18097/pbmc20115703308Layeghkhavidaki H., Lanhers M.-C., Akbar S., Lynn G-P., Thierry O., Grova N., Appenzeller B., Jasniewski J., Feidt C., Corbier C., Yen F.T. Inhibitory action of benzo[α]pyrene on hepatic lipoprotein receptors in vitro and on liver lipid homeostasis in mice. PLoS One. 2014; 9 (7): e102991. doi: 10.1371/journal.pone.0102991Layeghkhavidaki H., Lanhers M.-C., Akbar S., Lynn G-P., Thierry O., Grova N., Appenzeller B., Jasniewski J., Feidt C., Corbier C., Yen F.T. Inhibitory action of benzo[α]pyrene on hepatic lipoprotein receptors in vitro and on liver lipid homeostasis in mice. PLoS One. 2014; 9 (7): e102991. doi: 10.1371/journal.pone.0102991

The authors declare that there are no conflicts of interest present.