Study of the effect of x-ray radiation on the structural characteristics of bovine serum albumin protein using high-resolution liquid chromatography-mass spectrometry

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A method for assessing changes in the structural characteristics of bovine serum albumin (BSA) protein in aqueous solution as a result of exposure to ionizing radiation has been developed and tested. The method consists of identifying unique peptides of the protein domain structures, as well as establishing amino acid sequence modifications using high-resolution liquid chromatography-mass spectrometry. The BSA solution was irradiated with X-ray radiation with a tube voltage of 80 kV and an average current of 1 mA, the dose rate was 2 Gy/sec. The absorbed dose in the sample volume was estimated by the ferrosulfate dosimetry method. Aqueous solution of BSA was irradiated at doses of 0.1, 0.5, 1, 2, 4, and 8 kGy, after which the content of protein molecules in the solution was quantitatively assessed and the structural integrity of the native form of protein was analyzed, as well as the modifications of amino acids in the BSA sequence as a result of the radiation action were determined. For more in-depth analysis, the reduction of cysteine-cysteine disulfide bonds by BSA followed by alkylation of the resulting thiol residues with bromoacetic acid amide was performed. Enzymatic hydrolysis of BSA was carried out with the addition of trypsin solution. The obtained samples were analyzed by high-resolution liquid chromatography-mass spectrometry with high-resolution tandem mass spectrometric detection. Next, we evaluated the change in the number of intact protein molecules by detecting unique peptides corresponding to each of the three domains that make up the amino acid sequence of BSA. The detection limit of each peptide was calculated taking into account the optimization of conditions for detection of the three domains as markers of the active form of BSA. The developed approach made it possible to determine the change in the natural conformation of bovine serum albumin protein (its denaturation) in aqueous samples as a result of ionizing radiation exposure at doses of 4-8 kGy at an average power of 2 Gy/sec.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Brown

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry

编辑信件的主要联系方式.
Email: igorrodin@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow

U. Bliznyuk

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics; Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics

Email: igorrodin@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

P. Borshchegovskaya

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics; Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics

Email: igorrodin@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

V. Ipatova

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics

Email: igorrodin@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow

A. Chernyaev

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics; Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics

Email: igorrodin@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

I. Ananyeva

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry

Email: igorrodin@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow

I. Rodin

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: igorrodin@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

参考

  1. Черняев А.П. Радиационные технологии. Наука. Народное хозяйство. Медицина. М.: Издательство Московского университета, 2019. С. 231.
  2. Черняев А.П., Колыванова М.А., Борщеговская П.Ю. Радиационные технологии в медицине. Часть 1. Медицинские ускорители // Вестн. Моск. ун-та. Серия 3: Физика, астрономия. 2015. № 6. С. 28. (Chernyaev A.P., Kolyvanova M.A., Borshchegovskaya P.Yu. Radiation technology in medicine. Рart 1. medicine accelerators // Moscow Univ. Phys. Bull. 2015. V. 70. № 6. Р. 457.)
  3. ISO 11137-3-2006 Sterilization of health care products Radiation Part 3: Guidance on dosimetric aspects. Стерилизация медицинской продукции. Облучение. Часть 3. Руководство по вопросам дозиметрии.
  4. ISO 14470-2011 Food irradiation – Requirements for the development, validation and routine control of the process of irradiation using ionizing radiation for the treatment of food. Радиационная обработка пищевых продуктов. Требования к разработке, валидации и повседневному контролю процесса облучения пищевых продуктов ионизирующим излучением.
  5. Zhang Rong Ke, Lyu Jia Hua, Li Tao. Effects of radiation on protein // J. Nutr. Oncol. 2020. V. 5. № 3. P. 116. https://doi.org/10.34175/jno202003002
  6. Пузан Н.Д., Чешик И.А. Молекулярные механизмы действия ионизирующего излучения. Влияние облучения на белок (обзор литературы) // Медико-биологические проблемы жизнедеятельности. 2023. № 1. С. 14. (Puzan N.D., Cheshik I.A. Molecular mechanisms of effects of ionizing radiation action. Irradiation effect on protein (literary review) // Medical and Biological Problems of Life Activity. 2023. № 1. P. 14 (in Russ.)) https://doi.org/10.58708/2074-2088.2023-1(29)-14-26
  7. Тимакова Р.Т. Влияние ионизирующего излучения на биологическую ценность белков говядины // Пищевая промышленность. 2020. № 5. C. 12.
  8. Rozhko T.V., Nemtseva E.V., Gardt M.V., Raikov A.V., Lisitsa A.E., Badun G.A., Kudryasheva N.S. Enzymatic responses to low-intensity radiation of tritium // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 22. P. 1. Article 8464. https://doi.org/10.3390/ijms21228464
  9. Adibian M., Mami Y. Effect of electron-beam irradiation on enzyme activities in Agaricus brunnescens // J. Pure Appl. Microbiol. 2018. V. 12. № 3. P. 1435. https://doi.org/10.22207/JPaM.12.3.46
  10. Павлов А.Н., Чиж Т.В., Снегирев А.С., Санжарова Н.И., Черняев А.П., Борщеговская П.Ю. и др. Технологический процесс радиационной обработки пищевой продукции и дозиметрическое обеспечение // Радиационная гигиена. 2020. Т. 13. № 4. С. 40. https://doi.org/10.21514/1998-426X-2020-13-4-40-50
  11. Giroux M., Lacroix M. Nutritional adequacy of irradiated meat – A review // Food Res. Int. 1998. V. 31. № 4. С. 257.
  12. Дриль А.А., Рождественская Л.Н. Повышение биологической ценности белка и увеличение сроков хранения полуфабриката из вешенки обыкновенной методом электронной стерилизации // Изв. вузов. Прикл. химия и биотехнология. 2019. Т. 9. № 3. С. 500.
  13. Zhao L., Zhang Y., Pan Z., Venkitasamy C., Zhang L., Xiong W. et al. Effect of electron beam irradiation on quality and protein nutrition values of spicy yak jerky // LWT. 2017. № 87. Р. 1.
  14. Zarei H., Bahreinipour M., Eskandari K., Eskandari K., Zarandi S.-M., Ardestani S. Spectroscopic study of gamma irradiation effect on the molecular structure of bovine serum albumin // Vacuum. 2016. № 136. Р. 91.
  15. Liu G.X., Liu J., Tu Z.C., Sha X.M., Wang H., Wang Z.X. Investigation of conformation change of glycated ovalbumin obtained by Co-60 gamma-ray irradiation under drying treatment // Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2018. № 47. P. 286.
  16. Liu Y.-F., Oey I., Bremer P., Carne A., Silcock P. Modifying the functional properties of egg proteins using novel processing techniques: A review // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2019. V. 18. № 4. P. 986.10.1111/1541-4337.12464
  17. Olsen J.V., Ong S.E., Mann M. Trypsin cleaves exclusively C-terminal to arginine and lysine residues // Mol. Cell Proteomics. 2004. V. 3. № 6. P. 608. https://doi.org/10.1074/mcp.T400003-MCP200
  18. Keil B. Proteolysis data bank: Specificity of alpha-chymotrypsin from computation of protein cleavages // Protein Seq. Data Anal. 1987. V. 1. № 1. P. 13.
  19. Walmsley S.J., Rudnick P.A., Liang Y., Dong Q., Stein S.E., Nesvizhskii A.I. Comprehensive analysis of protein digestion using six trypsins reveals the origin of trypsin as a significant source of variability in proteomics // J Proteome Res. 2013. V. 12. № 12. P. 5666. https://doi.org/10.1021/pr400611h
  20. Saveliev S., Bratz M., Zubarev R., Szapacs M., Budamgunta H., Urh M. Trypsin/Lys-C protease mix for enhanced protein mass spectrometry analysis // Nat. Methods. 2013. V. 10. № 11. https://doi.org/10.1038/nmeth.f.371
  21. Браун А.В., Близнюк У.А., Борщеговская П.Ю., Ипатова В.С., Хмелевский О.Ю., Черняев А.П. и др. Исследование влияния ускоренных электронов на структурные характеристики бычьего сывороточного альбумина с использованием жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 3. С. 14.
  22. Sam K.C. Chang, Yan Zhang. Protein analysis / Food Analysis. New York: Springer. 2017. P. 315. https://doi.org/10.1007/978-3-319-45776-5_18
  23. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. М.: Мир, 1993. Т. 1. С. 384. ISBN 5-03-001774-7
  24. Gonzalez V.D., Gugliotta L.M., Giacomelli C.E., Meira G.R. Latex of immunodiagnosis for detecting the Chagas disease: II. Chemical coupling of antigen Ag36 onto carboxylated latexes // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2008. № 19. С. 789.
  25. Doumas B.T., Bayse D.D., Carter R.J., Peters T., Schaffer R. A candidate reference method for determination of total protein in serum. I. Development and validation // Clin. Chem. 1981. V. 27. № 10. P. 1642.
  26. Francis G. Albumin and mammalian cell culture: Implications for biotechnology applications // Cytotechnology. 2010. № 62. Р. 1.
  27. Спектрофотометр УФ-3000. https://istina.msu.ru/equipment/card/615320740/ (дата обращения сентябрь 2024).
  28. Swissprot. Swiss Institute of Bioinformatics: Geneva, Switzerland. http://www.uniprot.org/contact (дата обращения 17.01.2018).
  29. Huang B.X., Kim H.Y., Dass C. Probing three-dimensional structure of bovine serum albumin by chemical cross-linking and mass spectrometry // J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2004. № 15. P. 1237.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Mass spectra of fragmentation of protonated molecular ions of peptides selected for detection of BSA after trypsinolysis in the positively charged ion registration mode: (a) – peptide T66–75 (precursor ion charge 2+); (b) – peptide T402–412 (precursor ion charge 2+); (c) – T549–557 (precursor ion charge 2+).

下载 (418KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Diagram of the relative concentration of identified unique peptides for radiation doses of 0–8 kGy at an X-ray dose rate of 2 Gy/s.

下载 (205KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».