vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2021-18-1-46-57vestim-732Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEСайты связывания билирубина сывороточным альбумином человека: возможность влияния на них мутаций, вызванных радиациейInfluence of mutations caused by radiation exposure on the bilirubin binding sites of human serum albuminПобойневВ. В.PoboinevV. V.

Побойнев Виктор Витольдович – аспирант, ассистент

пр. Дзержинского, 83, 220116, г. Минск, Республика Беларусь

Victor V. Poboinev – Postgraduate student, Assistant

83, Dzerzhynski Ave., 220116, Minsk, Republic of Belarus

dremozzew@mail.ruХрусталевВ. В.KhrustalevV. V.

Хрусталев Владислав Викторович – доцент, заведующий кафедрой

пр. Дзержинского, 83, 220116, г. Минск, Республика Беларусь

Vladislav V. Khrustalev – Associate Professor, Head of the Department

83, Dzerzhynski Ave., 220116, Minsk, Republic of Belarus

vvkhrustalev@mail.ruСтожаровА. Н.StojarovA. N.

Стожаров Александр Николаевич – профессор, заведующий кафедрой

пр. Дзержинского, 83, 220116, г. Минск, Республика Беларусь

Aliaksandr N. Stojarov – Professor, Head of the Department

83, Dzerzhynski Ave., 220116, Minsk, Republic of Belarus

stojarov@mail.ruХрусталеваТ. А.KhrustalevaT. A.

Хрусталева Татьяна Александровна – ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 28, 220072, г. Минск, Республика Беларусь

Tatyana A. Khrustaleva – Senior Researcher

28, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

tanissia.lir@gmail.comБелорусский государственный медицинский университетBelarusian State Medical UniversityИнститут физиологии НАН БеларусиInstitute of Physiology of the National Academy of Sciences of Belarus2021230220211814657Copyright © Побойнев В.В., Хрусталев В.В., Стожаров А.Н., Хрусталева Т.А., 20212021Побойнев В.В., Хрусталев В.В., Стожаров А.Н., Хрусталева Т.А.Poboinev V.V., Khrustalev V.V., Stojarov A.N., Khrustaleva T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/732

В статье проанализированы сайты связывания билирубина сывороточным альбумином человека с точки зрения нестабильности вторичной структуры, а также изучено влияние известных аминокислотных замен, вызванных радиационным воздействием, на способность альбумина связывать билирубин. Расчеты энергии связывания и констант ингибирования комплексов билирубина с альбумином до и после аминокислотных замен показали, что аминокислотные замены по-разному влияют на способность связывать билирубин сывороточным альбумином человека. Аминокислотные замены Asp269-Gly269 (Nagasaki-1), Glu354-Lys354 (Hiroshima-1), Asp375-Asn375 (Nagasaki-2) уменьшают свободную энергию связывания билирубина сывороточным альбумином человека, а аминокислотные замены His3-Gln3 (Nagasaki-3) и Glu382-Lys382 (Hiroshima-2) повышают ее по результатам молекулярного докинга с соответствующими участками поверхности белка. Константы ингибирования при этом значительно выше, чем с известными сайтами связывания. В целом же рассмотренные мутации, вызванные радиационным воздействием, не могут влиять на наиболее специфичные известные сайты связывания билирубина сывороточным альбумином человека, так как аминокислотные остатки, которые подвергаются заменам, не взаимодействуют с аминокислотными остатками этих сайтов связывания (Leu115, Arg117, Phe134, Tyr138, Ile142, Phe149, Phe157, Tyr161, Arg186, Lys190, Lys240, Arg222). Все аминокислотные остатки известных сайтов связывания располагаются в стабильных элементах вторичной структуры сывороточного альбумина человека.

Полученные данные важны для понимая влияния радиационного воздействия на развитие билирубиновой энцефалопатии у жителей стран, пострадавших от аварии на Чернобыльской атомной электростанции, и у жителей Японии.

In this article we analyze the bilirubin binding sites of human serum albumin from the point of view of the secondary structure instability, as well as the effect of amino acid substitutions caused by radiation exposure on the ability of albumin to bind bilirubin-IX-alpha. Based on calculations of binding energy and inhibition constants of bilirubin-albumin complexes before and after the amino acid substitutions, it was found that amino acid substitutions have different effects on the ability of human serum albumin to bind bilirubin. Amino acid substitutions Asp269-Gly269 (Nagasaki-1), Glu354-Lys354 (Hiroshima-1), Asp375-Asn375 (Nagasaki-2) reduce the binding free energy of bilirubin with human serum albumin, and the amino acid substitutions His3-Gln3 (Nagasaki-3) and Glu382-Lys382 (Hiroshima-2) increase it during molecular docking with the corresponding areas of the protein surface. The inhibition constants are significantly higher than with known binding sites. In general, mutations caused by radiation exposure cannot effect on bilirubin binding sites of human serum albumin, since the amino acid residues that are replaced do not interact with the amino acid residues from the binding sites (Leu115, Arg117, Phe134, Tyr138, Ile142, Phe149, Phe157, Tyr161, Arg186, Lys190, Lys240, Arg222). All amino acid residues from known binding sites are located in stable elements of the secondary structure of human serum albumin.

The data obtained are important for understanding the impact of radiation exposure on the development of bilirubin encephalopathy in the population of the Chernobyl region and Japan.

сывороточный альбумин человекабилирубинрадиационное воздействиеаминокислотные заменыбилирубиновая энцефалопатиясайты связыванияhuman serum albuminbilirubinradiation exposureamino acid substitutionsbilirubin encephalopathybinding sitesReferencesClinical indications for the albumin use: still a controversial issue / P. Caraceni [et al.] // Eur. J. Int. Med. – 2013. – Vol. 24, N 8. – P. 721–728. https://doi.org/10.1016/j.ejim.2013.05.015Caraceni P., Domenicali M., Tovoli A., Napoli L., Ricci C. S., Tufoni M., Bernardi M. Clinical indications for the albumin use: still a controversial issue. European Journal of Internal Medicine, 2013, vol. 24, no. 8, pp. 721–728. https://doi.org/10.1016/j.ejim.2013.05.015He, X. M. Atomic structure and chemistry of human serum albumin / X. M. He, D. C. Carter // Nature. – 1992. – Vol. 358, N 6383. – P. 209–215. https://doi.org/10.1038/358209a0He X. M., Carter D. C. Atomic structure and chemistry of human serum albumin. Nature, 1992, vol. 358, no. 6383, pp. 209–215. https://doi.org/10.1038/358209a0Colmenarejo, G. In silico predicttion of drug-binding strengths to human serum albumin / G. Colmenarejo // Med. Res. Rev. – 2003. – Vol. 23, N 3. – P. 275–301. https://doi.org/10.1002/med.10039Colmenarejo G. In silico prediction of drug-binding strengths to human serum albumin. Medicinal Research Reviews, 2003, vol. 23, no. 3, pp. 275–301. https://doi.org/10.1002/med.10039Желтухи неонатального периода: учеб.-метод. пособие / А. К. Ткаченко [и др.]. – Минск : БГМУ, 2017. – 68 с.Tkachenko A. K., Ustinovich A. A., Romanova O. N., Klyuchareva A. A., Novak L. V. Jaundice of the neonatal period: a teaching aid. Minsk, Belarusian State Medical University, 2017. 68 р. (in Russian).Point substitutions in Japanese alloalbumins / K. Arai [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1989. – Vol. 86, N 16. – P. 6092–6096. https://doi.org/10.1073/pnas.86.16.6092Arai K., Madison J., Huss K., Ishioka N., Satoh C., Fujita M., Neel J. V., Sakurabayashi I., Putnam F. W. Point substitutions in Japanese alloalbumins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1989, vol. 86, no. 16, pp. 6092–6096. https://doi.org/10.1073/pnas.86.16.6092Khrustalev, V. V. Amino acid content of beta strands and alpha helices depends on their flanking secondary structure elements / V. V. Khrustalev, T. A. Khrustaleva, V. V. Poboinev // Biosystems. – 2018. – Vol. 168. – P. 45–54. https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2018.04.002Khrustalev V. V., Khrustaleva T. A., Poboinev V. V. Amino acid content of beta strands and alpha helices depends on their flanking secondary structure elements. Biosystems, 2018, vol. 168, pp. 45–54. https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2018.04.002PubChem 2019 update: improved access to chemical data / S. Kim [et al.] // Nucl. Acids Res. – 2019. – Vol. 47, N D1. – P. D1102–D1109. https://doi.org/10.1093/nar/gky1033Kim S., Chen J., Cheng T., Gindulyte A., He J., He S. [et al.]. PubChem 2019 update: improved access to chemical data. Nucleic Acids Research, 2019, vol. 47, no. D1, pp. D1102–D1109. https://doi.org/10.1093/nar/gky1033Bikadi, Z. Application of the PM6 semi-empirical method to modeling proteins enhances docking accuracy of AutoDock / Z. Bikadi, E. Hazai // J. Cheminf. – 2009. – Vol. 1. – Art. 15. https://doi.org/10.1186/1758-2946-1-15Bikadi Z., Hazai E. Application of the PM6 semi-empirical method to modeling proteins enhances docking accuracy of AutoDock. Journal of Cheminformatics, 2009, vol. 1, art. 15. https://doi.org/10.1186/1758-2946-1-15Crystallographic analysis of human serum albumin complexed with 4Z,15E-bilirubin-IXalpha / P. A. Zunszain [et al.] // J. Mol. Biol. – 2008. – Vol. 381, N 2. – P. 394–406. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2008.06.016Zunszain P. A., Ghuman J., McDonagh A. F., Curry S. Crystallographic analysis of human serum albumin complexed with 4Z,15E-bilirubin-IXalpha. Journal of Molecular Biology, 2008, vol. 381, no. 2, pp. 394–406. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2008.06.016PLIP: fully automated protein-ligand interaction profiler / S. Salentin [et al.] // Nucl. Acids Res. – 2015. – Vol. 43, N W1. – P. W443–W447. https://doi.org/10.1093/nar/gkv315Salentin S., Schreiber S., Haupt V. J., Adasme M., Schroeder M. PLIP: fully automated protein-ligand interaction profiler. Nucleic Acids Research, 2015, vol. 43, no. W1, pp. W443–W447. https://doi.org/10.1093/nar/gkv315Побойнев, В. В. Структурная изменчивость альфа-спиральных белков / В. В. Побойнев, В. В. Хрусталев, Т. А. Хрусталева // Инновационные технологии в фармации : сб. науч. тр. / под общ. ред. Е. Г. Приваловой. – Иркутск, 2019. – Вып. 6 : материалы Всерос. науч.-практ. конф. c междунар. участием, посвящ. 100-летию со дня образования Иркутск. гос. мед. ун-та (Иркутск, 14–15 июня 2019 г.). – C. 118–127.Poboinev V. V., Khrustalev V. V., Khrustaleva T. A. Structural variability of alpha-helical proteins. Innovatsionnye tekhnologii v farmatsii: sbornik nauchnykh trudov. Vypusk 6. Materialy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii c mezhdunarodnym uchastiem, posvyashchennoi 100-letiyu so dnya obrazovaniya Irkutskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta (Irkutsk, 14–15 iyunya 2019 goda) [Innovative technologies in pharmacy: collection of scientific papers. Issue 6. Proceedings of the All-Russian scientific and practical conference with international participation, dedicated to the 100th anniversary of the founding of Irkutsk State Medical University (Irkutsk, June 14–15, 2019)]. Irkutsk, 2019, pp. 118–127 (in Russian).The structural characterization and bilirubin-binding properties of albumin Herborn, a [Lys240→Glu] albumin mutant / L. Minchiotti [et al.] // Eur. J. Biochem. – 1993. – Vol. 214, N 2. – P. 437–444. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1993.tb17939.xMinchiotti L., Galliano M., Zapponi M. C., Tenni R. The structural characterization and bilirubin-binding properties of albumin Herborn, a [Lys240→Glu] albumin mutant. European. Journal of Biochemistry, 1993, vol. 214, no. 2, pp. 437–444. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1993.tb17939.xJacobsen, J. Studies of the affinity of human serum albumin for binding of bilirubin at different temperatures and ionic strength / J. Jacobsen // Int. J. Pept. Protein Res. – 1977. – Vol. 9, N 3. – P. 235–239. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1977.tb03486.xJacobsen J. Studies of the affinity of human serum albumin for binding of bilirubin at different temperatures and ionic strength. International Journal of Peptide and Protein Research, 1977, vol. 9, no. 3, pp. 235–239. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1977.tb03486.x

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