Tworzenie i rozdział kompleksów białek surowicy z barwnikami supramolekularnymi w elektroforezie dwukierunkowej - próba opracowania komputerowej techniki analizy obrazu rozdziałowego

• Autorzy: Rybarska J. , Spólnik P. , Drozd A. , Konieczny L. , Piekarska B. , Stopa B. , Zemanek G. , Król M. , Roterman-Konieczna I.

Warianty tytułu

EN

Protein complexes with supramolecular ligands formed and revealed in two-dimensional electrophoresis. the search for computer analysis of results

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca przedstawia badania eksperymentalne mające na celu wykrycie zmian w składzie białkowym zmienionej chorobowo surowicy ludzkiej. Dla wykrycia zmian opracowano dwukierunkową technikę elektroforetyczną umożliwiającą tworzenie kompleksów przez barwniki o charakterze ciekłokrystalicznym z białkami. Taśmowe micele barwnika mogą przylegać do szkieletu łańcucha polipeptydowego w obszarach jego ekspozycji, tworząc kompleksy. Warunki elektroforetyczne pozwalają na usunięcie nadmiaru oraz puli słabo związanego z białkami barwnika. Tworzenie kompleksów w elektroforezie pozwala na ujawnienie kompleksów białek z barwnikami, które wędrują szybciej niż białka niezaangażowane w wiązanie barwnika. Nieprawidłowe oraz przejściowo zdestabilizowane natywne białka mogą być podatne na penetrację i wiązanie dużych supramolekularnych ligandów. Do grupy białek wiążących należą białka szpiczakowe oraz serpiny, haptoglobiny i immunoglobuliny, ulegające przegrupowaniu podczas tworzenia kompleksów ze swoimi fizjologicznymi ligandami. Elektroforeza surowicy prowadzona jest dwuetapowo w prostopadłych względem siebie kierunkach. Pierwszy rozdział jest standardowy. Drugi modyfikowany jest przez kontakt i ewentualną interakcję rozdzielonych uprzednio białek z dodanym barwnikiem. Szybciej wędrujący barwnik, którego punkt nałożenia znajduje się poniżej białek, napotyka w trakcie wędrówki i wyprzedza białko. Białka zdolne do tworzenia kompleksów zabarwiają się w takich warunkach oraz wędrują szybciej od swoich nieskompleksowanych z barwnikiem odpowiedników. Po redukcji barwników dwutioninem sodowym z następowym zabarwieniem błękitem bromofenolowym, można uzyskać kompletny proteinogram rozdzielanej surowicy. Próby opracowania pół-automatycznej i automatycznej analizy uzyskiwanego w elektroforezie rozdziału plam zostały ostatnio podjęte.

EN

Two-dimensional agarose electrophoresis was used to create suitable conditions for the formation of protein complexes with supramolecular dyes. Ribbon-shaped dye molecule ligands adhere during complexation to the polypeptide backbone of β-conformation within protein clefts. The electrophoresis helps to remove the dye excess and the dye weakly attached to protein molecules. It simultaneously allows for the exposure of protein-dye complexes migrating faster than proteins not engaged in complexation. Abnormal and transiently destabilized native proteins become susceptible to penetration and binding by large supramolecular dye ligands. This includes many myeloma proteins as well as serpins, haptoglobins and immunoglobulins engaged in their natural complexes. Electrophoresis of serum proteins is conducted in two steps: the first is a standard electrophoresis while the second (perpen-dicular run) is modified by the contact and interaction of separated serum proteins (during the first step) with the added dye. The fast migrating dye, for which the starting position is retreated versus to that of proteins, meets and overruns the proteins. The proteins which are susceptible to dye penetration and binding become stained and their migration is accelerated. The complete proteinogram including the binding and non-binding dye proteins may be revealed by standard staining with bromophenol blue after removal of the supramolecular dye. An attempt for semi-automatic or automatic analysis of spots distributed in electrophoresis has been undertaken.

Słowa kluczowe

PL

czerwień Kongo; samoasocjacja; serpiny; elektroforeza

EN

Congo red; self-assembly; serpins; electrophoresis

• Wydawca: Uniwersytet Jagielloński - Collegium Medicum ; Index Copernicus Sp. z o.o.
• Czasopismo: Bio-Algorithms and Med-Systems
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 1, no. 1/2
• Strony: 133--138
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys.

Twórcy

autor

Rybarska J.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

autor

Spólnik P.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

autor

Drozd A.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

autor

Konieczny L.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

autor

Piekarska B.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

autor

Stopa B.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

autor

Zemanek G.

• Instytut Biochemii Lekarskiej, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

autor

Król M.

• Zakład Bioinformatyki i Telemedycyny, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków
• Biomolecular Modelling Laboratory, Cancer Research UK, London Research Institute Lincoln's Inn Fields Laboratories, London, UK

autor

Roterman-Konieczna I.

• Zakład Bioinformatyki i Telemedycyny, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

Bibliografia

• 1. Rybarska I., Konieczny L., Piekarska B., Stopa B., Roterman I.: The detection of specific acute phase serum protein complexes and immune complexes by Congo red binding. J. Physiol. Pharmacol, 46(2): 221-231, 1995.
• 2. Rybarska J., Konieczny L., Roterman I., Piekarska B.: The effect of azo dyes on the formation of immune complexes, Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz.), 39(3): 317-327, 1991.
• 3. Piekarska B., Rybarska J., Stopa B., Zemanek G., Król M., Roterman I., Konieczny L.: Supramolecularity creates nonstandard protein ligands, Acta Biochim. Polon., 46(4): 841-851, 1999.
• 4. Spólnik P., Piekarska B., Stopa B., Konieczny L., Zemanek G., Rybarska J., Król M., Nowak M., Roterman I.: The structural abnormality of myeloma globulins tested by Congo red binding, Med. Sci. Monit., 9(4): 145-153, 2003.
• 5. Król M., Roterman I., Piekarska B., Konieczny L., Rybarska J., Stopa B., Spólnik P., Szneler E. An approach to understand the complexation of supramolecular dye Congo red with immunoglobulin L chain lambda. Biopolymers, 77(3): 155-162, 2005.
• 6. Roterman I., No K. T., Piekarska B., Kaszuba J., Pawlicki R., Rybarska J., Konieczny L.: Bis azo dyes-studies on the mechanism of complex formation with IgG modulated by heating or antigen binding, J. Physiol. Pharmacol., 44(3): 213-232, 1993.
• 7. Spólnik P., Konieczny L., Piekarska B., Rybarska J., Stopa B., Zemanek G., Drozd A., Król M., Roterman I.: Congo red-derived supramolecular dyes as probes for disclosure of the aggregation tendency of abnormal monoclonal immunoglobulins, Polish Journal of Environmental Studies, w druku.
• 8. Watt R. M., Voss Jr. E. W.: Solvent perturbation of the fluorescence of fluorescein bound to specific antibody, J. Biol. Chem., 254(5): 1684-1690, 1979.
• 9. Steensma D. P.: "Congo" red out of Africa?, Arch. Pathol. Lab. Med., 125(2):250-252, 2001.
• 10. Puchtler H., Sweat F.: Congo red as a stain for fluorescence microscopy of amyloid, J. Histochem. Cytochem., 13(8):693-694, 1965.
• 11. Glenner G. G., Eanes E. D., Page D. L.: The relation of the properties of Congo red-stained amyloid fibrils to the beta-conformation. J. Histochem. Cytochem., 20(10):821-826, 1972.
• 12. Glenner G. G.: The bases of the staining of amyloid fibers:their physico-chemical nature and the mechanism of their dye-substrate interaction, Progr. Histochem. Cytochem., 13(3) :1- 36,1981.
• 13. Serpell L. C., Sunde M., Blake C. C. F.: The molecular basis of amyloidosis, Cell Mol. Life Sci., 53(11-12): 871-887, 1997.
• 14. Emmett M., Cerniglia C. E., Crowle A. J.: Differential serum protein binding of benzidine and benzidine-congener besed dyes and their derivatives, Arch. Toxicol. 57(2): 130-135, 1985.
• 15. Rybarska J., Piekarska B., Konieczny L., Roterman I.: The formation of soluble heat IgG aggregates for immunological studies, Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz.), 36(5): 609-622, 1988.
• 16. Kuciel R., Mazurkiewicz A.: Molten globule as an intermediate on the human prostatic phosphatase folding pathway. Acta Biochim. Polon. 44(4): 645-658, 1997.
• 17. Khurana R., Uverski V. N., Nielsen L., Fink A.L.: Is Congo red an amyloid-specific dye? J. Biol. Chem., 276(25): 22715-22721, 2001.
• 18. Zemanek G., Konieczny L., Piekarska B., Rybarska J., Stopa B., Spólnik P., Urbanowicz B., Nowak M., Król M., Roterman I.: Egg yolk platelet proteins from Xenopus laevis are amyloidogenic, Folia Histochem. Cytobiol., 40(3): 311-318, 2002.
• 19. Zemanek G., Rybarska J., Stopa B., Piekarska B, Spólnik P., Konieczny L., Roterman I., Bugajski A.: Protein distortion-derived mechanism of signal discrimination in monocytes revealed using Congo red to stain activated cells, Folia Histochem. Cytobiol., 41(3): 113-124, 2003.
• 20. Roterman I., Król., Nowak M. Konieczny L., Rybarska J., Stopa B., Piekarska B., Zemanek G.: Why Congo red binding is specific for amyloid proteins-model studies and a computer analysis approach, Med. Sci. Monit., 7(4): 771-784, 2001.
• 21. Skowronek M., Roterman I., Konieczny L., Stopa B., Rybarska J., Piekarska B.: Why do Congo red,Evans blue, and Trypan blue differ in their complexation properties. J. Comput. Chem., 21(8): 656-667, 2000.
• 22. Wasilewskaya A. C., Generalova E. W., Sonin A. C.: Chromonic mesophases, Usp. Khim., 58: 1574-1596, 1989.
• 23. Attwood T. K., Lydon J. E., Hall C., Tiddy G. J. T.: The distinction between chromonic and amphiphilic lyotropic mesophases, Liquid Crystals, 7: 657-668., 1990.
• 24. Skowronek M., Roterman I., Konieczny L., Stopa B., Rybarska J., Piekarska B., Górecki A., Król M.: The conformational char- acteristics of Congo red, Evans blue and Trypan blue, Comput. Chemistry, 24(3-4)|: 429-450, 2000.
• 25. Skowronek M., Stopa B., Konieczny L., Rybarska J., Piekarska B., Szneler E., Bakalarski G., Roterman I.: Self-assembly of Congo red-a theoretical and experimental approach to identify its supramolecular organization in water and salt solution, Biopolymers, 46(5): 267-281., 1998.
• 26. Stopa B., Górny M., Konieczny L. Piekarska B., Rybarska J., Skowronek M., Roterman I.: Supramolecular ligands: monomer structure and protein ligation capability, Biochimie, 80(12): 963- 968., 1998.
• 27. Woodcock S., Henrissat B., Sugiyama J.: Docking of Congo red to the surface of crystalline cellulose using molecular mechanics, Biopolymers, 36(2): 201-210., 1995.
• 28. Gabriel J. L., Plaut G. W. E.: Specific site inhibitors of NAD-specific isocitrate dehydrogenase from bovine heart, J. Biol. Chem., 257(14): 8021-8029., 1982.
• 29. Edwards R. A., Woody R. W.: Spectroscopic studies of Cibacron blue and Congo red bound to dehydrogenases and kinases. Evaluation of dyes as probes of the dinucleotide fold, Biochemistry, 18(23): 5197-5204., 1979.
• 30. Spólnik P., Konieczny L., Piekarska B., Rybarska J., Stopa B., Zemanek G., Król M., Roterman I.: Instability of monoclonal myeloma protein may be identified as susceptibility to penetration and binding by newly synthesized Congo red derivatives, Biochimie, 86(6): 397-401., 2004.
• 31. Spólnik P.: Opracowanie testu oceny stabilności białek monoklonalnych osocza. Praca doktorska wykonana w Instytucie Biochemii Lekarskiej CM UJ, 2004.
• 32. Piekarska B., Konieczny L., Rybarska J., Stopa B., Zemanek G., Szneler E., Król M., Nowak M., Roterman I.: Heat-induced formation of a specific binding site for self-assembled Congo red in the V domain of immunoglobulin L chain, Biopolymers, 59(6): 446-456. 2001.
• 33. Roterman I., Rybarska J., Konieczny L. Skowronek M., Stopa B., Piekarska B., Bakalarski G.: Congo red bound to α1-proteinase inhibitor as a model of supramolecular ligand and protein complex, Computers Chem., 22(1): 61-70. 1998.
• 34. Stevens F. J., Argon Y.: Pathogenic light chains and the B-cell repertoire. Immunol. Today, 20(10):451-457. 1999.
• 35. Dealwis C., Wall J.: Towards understanding the structure-function relationship of human amyloid disease, Curr. Drug Targets, 5(2): 159-171. 2004.
• 36. Solomon A., Weiss D. T., Kattine AK.: Nephrotoxic potential of Bence-Jones proteins, N. Eng. J. Med., 324(26): 1845-1851. 1991.
• 37. Wells MJ., Sheffield WP., Blajchmann MA.: The clearance of thrombin-antithrombin and related serpin-enzyme complexes from circulation:role of various hepatocyte receptors. Thromb. Haemost., 81(3): 325-337. 1999.
• 38. Silverman G. A., Bird P. I., Carrel R. W., Church FC., Coughlin PB., Gettins P. G. W., Irving J. A., Lomas D. A., Luke C. J., Moyer R. W., Pemberton P. A., Remolad-O`Donnell E., Salvesen G. S., Travis J., Whisstock J. C. The serpins are an expanding superfamily of structurally similar but functionally diverse proteins. J. Biol. Chem. 276(36): 33293-33296. 2001.
• 39. Rybarska J., Piekarska B., Stopa B., Spólnik P., Zemanek G., Konieczny L., Roterman I.: In vivo accumulation of self-assembling dye Congo red in area marked by specific immune complexes: possible relevance to chemotherapy, Folia Histochem. Cytobiol., 42(4): 101-110. 2004.
• 40. Kragh-Hansen U.: Structure and ligand binding properties of human serum albumin, Dan. Med. Bull., 37(1): 57-84. 1990.