Обсуждения «ДНК медузы», которая может сделать животных «светящимися», часто относятся к трансгенным животным , которые экспрессируют зеленый флуоресцентный белок, а не экворин, хотя оба они изначально происходят от одного и того же животного.
Работа над экворином началась с Э. Ньютона Харви в 1921 году. [3] Хотя Харви не смог продемонстрировать классическую реакцию люциферазы - люциферина , он показал, что вода может производить свет из высушенных фотоцитов , и что свет может производиться даже при отсутствии кислорода. Позже, в 1961 году, Осаму Шимомура начал работу над биолюминесценцией Aequorea . Это включало в себя утомительный сбор десятков тысяч медуз из доков в Friday Harbor, Вашингтон . [1] Было установлено, что свет может быть получен из экстрактов с морской водой, а точнее, с кальцием . [2] Также было отмечено, что во время экстракции животное создает зеленый свет из-за присутствия зеленого флуоресцентного белка , который изменяет естественный синий свет экворина на зеленый. [4]
Экворин — это голопротеин , состоящий из двух отдельных единиц: апопротеина , называемого апоэкворином , молекулярная масса которого составляет приблизительно 21 кДа , и простетической группы целентеразина , люциферина. [6] Другими словами, апоэкворин — это фермент, вырабатываемый в фотоцитах животного, а целентеразин — это субстрат, окисление которого катализирует фермент. Когда целентеразин связан, он называется экворином. Примечательно, что белок содержит три мотива EF-руки , которые функционируют как сайты связывания ионов Ca2 + . [7] Белок является членом суперсемейства кальцийсвязывающих белков, в котором насчитывается около 66 подсемейств. [8]
Кристаллическая структура показала, что экворин связывает целентеразин и кислород в форме пероксида , целентеразин-2-гидропероксида. [9] Сайт связывания для первых двух атомов кальция показывает в 20 раз большее сродство к кальцию, чем третий сайт. [10] Однако более ранние утверждения о том, что только две EF-руки связывают кальций [11], были подвергнуты сомнению, когда более поздние структуры показали, что все три сайта действительно могут связывать кальций. [12] Таким образом, исследования титрования показывают, что все три сайта связывания кальция активны, но для запуска ферментативной реакции необходимы только два иона. [13]
Другие исследования показали наличие внутренней цистеиновой связи , которая поддерживает структуру экворина. [14] Это также объяснило необходимость использования тиолового реагента, такого как бета-меркаптоэтанол, в регенерации белка, поскольку такие реагенты ослабляют сульфгидрильные связи между остатками цистеина , ускоряя регенерацию экворина.
Химическая характеристика экворина показывает, что белок в некоторой степени устойчив к суровым воздействиям. Экворин устойчив к нагреванию. [15] При выдерживании при 95 °C в течение 2 минут белок потерял только 25% активности. Денатуранты, такие как 6-М мочевина или 4-М гидрохлорид гуанидина, не разрушили белок.
Генетика
Aequorin предположительно закодирован в геноме Aequorea. По крайней мере четыре копии гена были извлечены в виде кДНК из животного. [16] [17] Поскольку геном не был секвенирован, неясно, могут ли варианты кДНК объяснить все изоформы белка. [18]
Механизм действия
Ранние исследования биолюминесценции Aequorea , проведенные Э. Ньютоном Харви, отметили, что биолюминесценция выглядит как кольцо вокруг колокола и происходит даже при отсутствии воздуха. [19] Это было примечательно, поскольку большинство реакций биолюминесценции требуют кислорода , и привело к идее, что животные каким-то образом запасают кислород. [20] Позднее было обнаружено, что апопротеин может стабильно связывать целентеразин-2-гидропероксид, и кислород необходим для регенерации в эту активную форму экворина. [21] Однако в присутствии ионов кальция белок претерпевает конформационные изменения и преобразует свою простетическую группу, целентеразин-2-гидропероксид, в возбужденный целентеразин и CO2 . [22] Когда возбужденный целентеразин релаксирует в основное состояние, испускается синий свет ( длина волны 465 нм). До того, как целентеразин будет заменен, весь белок все еще флуоресцентный синий. [23] [24] Из-за связи между биолюминесценцией и флуоресценцией это свойство в конечном итоге сыграло важную роль в открытии люциферина целентеразина . [25]
Приложения
Поскольку испускаемый свет можно легко обнаружить с помощью люминометра , экворин стал полезным инструментом в молекулярной биологии для измерения внутриклеточных уровней Ca 2+ . [26] Ранняя успешная очистка экворина привела к первым экспериментам, включающим инъекцию белка в ткани живых животных для визуализации физиологического высвобождения кальция в мышечных волокнах морского желудя. [27] С тех пор белок широко использовался во многих модельных биологических системах , включая рыбу данио-рерио , [28] крыс , мышей и культивируемые клетки . [29] [30] [31] [32]
Культивируемые клетки, экспрессирующие ген экворина , могут эффективно синтезировать апоэкворин; однако рекомбинантная экспрессия дает только апопротеин . Поэтому необходимо добавлять целентеразин в культуральную среду клеток, чтобы получить функциональный белок и, таким образом, использовать его синюю световую эмиссию для измерения концентрации Ca 2+ . Целентеразин является гидрофобной молекулой и, следовательно, легко проникает через стенки клеток растений и грибов , а также через плазматическую мембрану высших эукариот, что делает экворин подходящим в качестве репортера Ca 2+ в растениях, грибах и клетках млекопитающих. [33] [34]
Aequorin имеет ряд преимуществ по сравнению с другими индикаторами Ca 2+ . Поскольку белок большой, он имеет низкую скорость утечки из клеток по сравнению с липофильными красителями, такими как DiI . Он лишен явлений внутриклеточной компартментализации или секвестрации, которые часто наблюдаются для красителей, чувствительных к напряжению , и не нарушает функции клеток или развитие эмбриона. Более того, свет, излучаемый при окислении целентеразина, не зависит от какого-либо оптического возбуждения, поэтому проблемы с автофлуоресценцией устраняются. [35] Основным ограничением aequorin является то, что простетическая группа целентеразина необратимо расходуется для получения света и требует постоянного добавления целентеразина в среду. Такие проблемы привели к разработке других генетически кодируемых кальциевых сенсоров, включая сенсор на основе кальмодулина cameleon , [36], разработанный Роджером Циеном , и сенсор на основе тропонина TN-XXL , разработанный Оливером Грисбеком. [37]
Маркетинговые и юридические проблемы
Apoaequorin является ингредиентом в препарате «Prevagen», который компания Quincy Bioscience продает как добавку для памяти. В 2017 году Федеральная торговая комиссия США (FTC) обвинила производителя в ложной рекламе , что продукт улучшает память, обеспечивает когнитивные преимущества и «клинически доказано», что он работает. [38] По данным FTC, «маркетологи Prevagen наживались на страхах пожилых потребителей, испытывающих потерю памяти, связанную с возрастом ». Quincy заявила, что будет бороться с обвинениями. [39] [40] [41]
До подачи иска клиническое исследование, проведенное исследователями, нанятыми Quincy Bioscience, «не обнаружило общей пользы по сравнению с плацебо для его основных конечных точек, включая память и познание», в то время как реклама компании вводила в заблуждение ссылками на несколько оспариваемых анализов подгрупп , которые показали незначительные улучшения. [42] [43]
Иск ( Spath, et al. v. Quincy Bioscience Holding Company, Inc., et al. , Дело № 18-cv-12416, D. NJ.) был отклонен в окружном суде, но была подана апелляция с требованием отменить отклонение. Иск был объединен с другим иском против Quincy Pharmaceuticals, Vanderwerff v. Quincy Bioscience (Дело № 17-cv-784, D. NJ), который был ведущим делом. [44]
21 февраля 2019 года Апелляционный суд США по второму округу постановил, что FTC и штат Нью-Йорк могут продолжить свой иск против Quincy Bioscience за ее заявления о том, что Prevagen может улучшить память. Приказ был вынесен менее чем через две недели после того, как стороны представили свое дело в коллегии из трех судей округа, где юристы компании признали, что они «не оспаривали, что если вы посмотрите на всех 211 человек, которые завершили исследование, то не было никакой статистически значимой разницы». Суд решительно отклонил обвинения юристов компании в том, что FTC преследовала свои действия по политическим причинам. [45] [46]
23 марта 2020 года федеральный мировой судья Окружного суда Соединенных Штатов по Южному округу Флориды представил отчет и рекомендации, подтверждающие общенациональный коллективный иск для группы потребителей, которые приобрели Prevagen в течение предыдущих четырех лет. [47] Судебное разбирательство по делу было назначено на октябрь 2020 года. [47] [48]
По состоянию на 21 сентября 2020 года [обновлять]компания Quincy Bioscience согласилась урегулировать претензии о том, что она неверно представила свои продукты Prevagen как поддерживающие здоровье мозга и помогающие при потере памяти. Согласно условиям урегулирования, покупатели, имеющие право на получение компенсации до 26 октября 2020 года, за покупки, совершенные с 2007 года по 31 июля 2020 года, могли получить возмещение в размере до 70 долларов США. [49]
Доктор Харриет Холл , пишущая для Science-Based Medicine , отметила, что спонсируемое Куинси исследование (известное как «Madison Memory Study») было отрицательным, но что компания использовала p-hacking, чтобы найти благоприятные результаты. Она написала, что все их цитируемые исследования безопасности были исследованиями на крысах, и их утверждение о том, что апоэкворин пересекает гематоэнцефалический барьер , основывалось исключительно на исследовании на собаках. [50] Американская ассоциация фармацевтов предупреждает, что апоэкворин «вряд ли будет всасываться в значительной степени; вместо этого он распадается на аминокислоты». [51]
Ссылки
^ ab Shimomura O (1995). "Краткая история экворина". Biol. Bull . 189 (1). Biological Bulletin: 1– 5. doi :10.2307/1542194. JSTOR 1542194. PMID 7654844.
^ ab Shimomura O, Johnson FH, Saiga Y (1962). «Извлечение, очистка и свойства экворина, биолюминесцентного белка из светящегося гидромедузана, Aequorea». J Cell Comp Physiol . 59 (3): 223–39 . doi :10.1002/jcp.1030590302. PMID 13911999.
^ Harvey EN (1921). «Исследования биолюминесценции. XIII. Люминесценция кишечнополостных». Biological Bulletin . 41 (5): 280–287 . doi :10.2307/1536528. JSTOR 1536528. S2CID 10826363.
^ Morin JG, Hastings JW (1971). «Передача энергии в биолюминесцентной системе». J. Cell. Physiol . 77 (3): 313– 318. doi :10.1002/jcp.1040770305. PMID 4397528. S2CID 42494355.
^ Shimomura O (2005). «Открытие экворина и зеленого флуоресцентного белка». J Microsc . 217 (Pt 1): 1– 15. doi :10.1111/j.0022-2720.2005.01441.x. PMID 15655058. S2CID 36316988.
^ Shimomura O, Johnson FH (1978). «Пероксидированный целентеразин, активная группа в фотопротеине экворине». PNAS USA . 75 (3): 2611– 2615. Bibcode : 1978PNAS...75.2611S. doi : 10.1073/pnas.75.6.2611 . PMC 392612. PMID 275832 .
^ Zhou Y, Yang W, Kirberger M, Lee HW, Ayalasomayajula G, Yang JJ (2006). «Прогнозирование кальций-связывающих белков EF-hand и анализ бактериальных белков EF-hand». Белки . 65 (3): 643– 655. doi :10.1002/prot.21139. PMID 16981205. S2CID 8904181.
^ Head JF, Inouye S, Teranishi K, Shimomura O (2000). «Кристаллическая структура фотопротеина экворина при разрешении 2,3 Å». Nature . 405 (6784): 372– 376. Bibcode :2000Natur.405..372H. doi :10.1038/35012659. PMID 10830969. S2CID 4425033.
^ Shimomura O (1995). «Свечение экворина вызывается связыванием двух ионов кальция». Biochem. Biophys. Res. Commun . 211 (2): 359– 363. doi :10.1006/bbrc.1995.1821. PMID 7794244.
^ Shimomura O (1995). «Свечение экворина вызывается связыванием двух ионов кальция». Biochemical and Biophysical Research Communications . 211 (2): 359– 363. doi :10.1006/bbrc.1995.1821. PMID 7794244.
^ Дэн Л., Высоцкий Е.С., Маркова СВ., Лю З.Дж., Ли Дж., Роуз Дж., Ванг BC (2005). «Все три петли связывания Ca2+ фотопротеинов связывают ионы кальция: кристаллические структуры апоэкворина и апообелина, нагруженных кальцием». Protein Sci . 14 (3): 663– 675. doi :10.1110/ps.041142905. PMC 2279293. PMID 15689515 .
^ Shimomura O, Inouye S (1996). «Титрование рекомбинантного экворина хлоридом кальция». Biochem. Biophys. Res. Commun . 221 (1): 77– 81. doi : 10.1006/bbrc.1996.0548 . PMID 8660347.
^ Ohmiya Y, Kurono S, Ohashi M, Fagan TF, Tsuji FI (1993). «Масс-спектрометрическое доказательство дисульфидной связи при регенерации экворина». FEBS Lett . 332 (3): 226– 228. doi : 10.1016/0014-5793(93)80637-a . PMID 8405461.
^ Inouye S (2004). «Синий флуоресцентный белок из чувствительного к кальцию фотопротеина экворина является термостойким ферментом, катализирующим окисление целентеразина». FEBS Lett . 577 ( 1– 2): 105–110 . doi : 10.1016/j.febslet.2004.09.078 . PMID 15527769.
^ Inouye S, Noguchi M, Sakaki Y, Takagi Y, Miyata T, Iwanaga S, Miyata T, Tsuji FI (1985). «Клонирование и анализ последовательности кДНК для люминесцентного белка экворина». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 82 (10): 3154– 58. Bibcode :1985PNAS...82.3154I. doi : 10.1073/pnas.82.10.3154 . PMC 397733 . PMID 3858813.
^ Masuda H, Takenaka Y, Shikamoto Y, Kagawa M, Mizuno H, Tsuji FI (2003). «Хроматография изоформ рекомбинантного апоэкворина и метод получения экворина». Protein Expr. Purif . 31 (2): 181– 187. doi :10.1016/s1046-5928(03)00186-4. PMID 14550635.
^ Harvey EN (1926). «Кислород и люминесценция, с описанием методов удаления кислорода из клеток и жидкостей». Biological Bulletin . 51 (2): 89–97 . doi :10.2307/1536540. JSTOR 1536540.
^ Харви EN (1952). Биолюминесценция . Academic Press.
^ Shimomura O, Johnson FH (1975). «Регенерация фотопротеина экворина». Nature . 256 (5514): 236– 238. Bibcode :1975Natur.256..236S. doi :10.1038/256236a0. PMID 239351. S2CID 4176627.
^ Shimomura O, Johnson FH, Morise H (1974). «Механизм люминесцентной внутримолекулярной реакции экворина». Биохимия . 13 (16): 3278– 3286. doi :10.1021/bi00713a016. PMID 4152180.
^ Shimomura O, Johnson FH (1970). «Связывание кальция, квантовый выход и излучающая молекула в биолюминесценции экворина». Nature . 227 (5265): 1356– 1357. Bibcode :1970Natur.227.1356S. doi :10.1038/2271356a0. PMID 4393938. S2CID 4284185.
^ Inouye S, Sasaki S (2006). «Синий флуоресцентный белок из чувствительного к кальцию фотопротеина экворина: каталитические свойства окисления целентеразина как оксигеназы». FEBS Lett . 580 (8): 1977–1982 . doi : 10.1016/j.febslet.2006.02.065 . PMID 16545379.
^ Shimomura O, Johnson FH (1975). «Химическая природа систем биолюминесценции у кишечнополостных». Труды Национальной академии наук . 72 (4): 1546– 1549. Bibcode : 1975PNAS...72.1546S. doi : 10.1073/pnas.72.4.1546 . PMC 432574. PMID 236561 .
^ Shimomura O, Inouye S, Musicki B, Kishi Y (1990). «Рекомбинантный экворин и рекомбинантные полусинтетические экворины. Клеточные индикаторы ионов Ca2+». Biochem. J . 270 (2): 309– 312. doi :10.1042/bj2700309. PMC 1131721 . PMID 2400391.
^ Ridgway EB, Ashley CC (1967). «Кальциевые переходы в отдельных мышечных волокнах». Biochem. Biophys. Res. Commun . 29 (2): 229– 234. doi :10.1016/0006-291x(67)90592-x. PMID 4383681.
^ Cheung CY, Webb SE, Meng A, Miller AL (2006). «Транзиентная экспрессия апоэкворина у эмбрионов данио-рерио: расширение возможности визуализации транзиентов кальция на более поздних стадиях развития». Int. J. Dev. Biol . 50 (6): 561– 569. doi : 10.1387/ijdb.062151cc . PMID 16741871.
^ Rembold CM, Kendall JM, Campbell AK (январь 1997 г.). «Измерение изменений в саркоплазматическом ретикулуме [Ca2+] в хвостовой артерии крысы с помощью направленного апоэкворина, доставляемого аденовирусным вектором». Cell Calcium . 21 (1): 69– 79. doi :10.1016/s0143-4160(97)90098-1. PMID 9056079.
^ Ямано К, Мори К, Накано Р, Кусуноки М, Иноуэ М, Сато М (2007). «Идентификация функциональной экспрессии рецептора аденозина А3 в поджелудочной железе с использованием трансгенных мышей, экспрессирующих апоэкворин медузы». Transgenic Res . 16 (4): 429– 435. doi :10.1007/s11248-007-9084-0. PMID 17387626. S2CID 19339429.
^ Sheu YA, Kricka LJ, Pritchett DB (1993). «Измерение внутриклеточного кальция с использованием биолюминесцентного экворина, экспрессируемого в клетках человека». Anal. Biochem . 209 (2): 343–347 . doi : 10.1006/abio.1993.1132 . PMID 8470808.
^ Mithöfer A, Mazars C (2002). «Измерения внутриклеточных сигнатур Ca2+ в растительных клетках на основе экворина». Biol. Proced. Online . 4 : 105– 118. doi : 10.1251/bpo40. PMC 145563. PMID 12734562. Архивировано из оригинала 28.07.2005.
^ Монтеро М., Брини М., Марсо Р., Альварес Дж., Ситиа Р., Поццан Т., Риццуто Р. (1995). «Мониторинг динамических изменений концентрации свободного Са2+ в эндоплазматическом ретикулуме интактных клеток». ЭМБО Дж . 14 (22): 5467–5475 . doi :10.1002/j.1460-2075.1995.tb00233.x. ПМК 394660 . ПМИД 8521803.
^ Кендалл Дж. М., Бадминтон М. Н., Сала-Ньюби Дж. Б., Кэмпбелл АК., Ремболд СМ. (1996). «Рекомбинантный апоэкворин, действующий как псевдолюцифераза, сообщает о микромолярных изменениях в свободном Ca2+ эндоплазматического ретикулума интактных клеток». Biochem J . 318 (2): 383– 387. doi :10.1042/bj3180383. PMC 1217633 . PMID 8809023.
^ Мияваки А., Ллопис Дж., Хайм Р., Маккаффери Дж. М., Адамс Дж. А., Икура М., Цянь Р.Ю. (1997). «Флуоресцентные индикаторы Ca2+ на основе зеленых флуоресцентных белков и кальмодулина». Природа . 388 (6645): 882–887 . Бибкод : 1997Natur.388..882M. дои : 10.1038/42264 . PMID 9278050. S2CID 13745050.
^ Heim N, Griesbeck O (2004). «Генетически кодируемые индикаторы динамики клеточного кальция на основе тропонина C и зеленого флуоресцентного белка». J Biol Chem . 279 (14): 14280– 14286. doi : 10.1074/jbc.M312751200 . PMID 14742421.
^ Гамильтон, Марта М. (11 сентября 2021 г.). «Улучшает ли добавка Prevagen память? Этот вопрос задается в судебном процессе». The Washington Post . Получено 11 сентября 2021 г.
^ Fox M (9 января 2017 г.). «Пищевая добавка для улучшения памяти с медузами Prevagen — это обман, заявляет FTC». NBC News . Получено 9 января 2017 г.
↑ Li DK (9 января 2017 г.). «Шнайдерман в судебном иске называет Prevagen «явным мошенничеством». New York Post . Получено 9 января 2017 г.
^ «Заявления Prevagen о подозрительной памяти под огнем федеральных регуляторов». Truth in Advertising . 9 января 2017 г. Получено 9 января 2017 г.
^ Школа общественного здравоохранения Калифорнийского университета в Беркли, Здоровье после 50 , «Забудьте о белке медузы», зима, 2017–18, стр. 6
^ «Prevagen: как эта добавка для улучшения памяти может провалить свое единственное испытание и все равно рекламироваться как эффективная?». Центр науки в интересах общественности . 20 ноября 2017 г. Получено 20 сентября 2018 г.
^ «Quincy Bioscience's Prevagen Supplement October 2018», Truth in Advertising , октябрь 2018. Получено 14 ноября 2018 г.
↑ FTC против Quincy Bioscience Holding Company, Апелляционный суд США второго округа, дело 17-3745, документ 257, 21 февраля 2019 г. Получено 26 марта 2019 г.
^ «Prevagen идет ко дну», Truth in Advertising , 22 февраля 2019 г. Получено 26 марта 2019 г.
^ ab Mora, Michael A. (24 марта 2020 г.). «Федеральный мировой судья рекомендует сертифицировать общенациональный групповой иск Prevagen во Флориде». Daily Business Review . law.com . Получено 24 марта 2020 г. .
^ «Отчет и рекомендации по ходатайству истца о сертификации класса». Google Docs . Окружной суд США, Южный округ Флориды, отделение Майами. 19 марта 2020 г. Получено 24 октября 2020 г.
^ "Урегулирование коллективного иска Prevagen Brain Health Supplement". Лучшие коллективные иски . 21 сентября 2020 г.
^ Холл, Харриет (4 декабря 2018 г.). «Reader's Digest продвигает Prevagen». Science-Based Medicine . Архивировано из оригинала 5 декабря 2018 г. Получено 5 декабря 2018 г.
^ Хьюм, Энн. «Апоэкворин для улучшения памяти?». Pharmacist.com. Архивировано из оригинала 5 декабря 2018 г. Получено 5 декабря 2018 г.
Внешние ссылки
Запись Swiss-Prot Aequorin Архивировано 23.03.2007 на Wayback Machine