بررسی تأثیر نانوذرات دو فلزی طلا- نقره بر مهار فیبری شدن آمیلوئیدی لیزوزیم و جلوگیری از سمیت سلولی ناشی از آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشیار بیوشیمی، گروه علمی زیست‌شناسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

زمینه و هدف  رسوب تجمعات آمیلوئیدی در مغز، باعث بیماری‌های متعدد تحلیل‌برنده سیستم عصبی می‌گردد. نانوذرات گوناگونی برای درمان این گونه بیماری‌ها موردمطالعه قرار گرفته است. خواص نانوذرات فلزی، از طریق ساخت ذراتی با دو فلز گوناگون به جای ذراتی که منحصراً از یک ذره تشکیل شده می‌تواند به‌صورت مؤثری بهبود پیدا کند. در مطالعه حاضر، تأثیر نانوذرات دو فلزی طلا- نقره بر تجمع آمیلوئیدیپروتئین لیزوزیم تخم‌مرغ که یک پروتئین مدل تشکیل‌دهنده آمیلوئید است بررسی شد.
مواد و روش‌ها در این مطالعه تجربی، برای القای تشکیل آمیلوئید، از دمای بالا و pH اسیدی استفاده شد. لیزوزیم سفیده تخم‌مرغ به میزان 2 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر در بافر گلایسین 50 میلی‌مولار حل شد و در دمای 57 درجه سانتی‌گراد برای دوره‌های مشخصی انکوبه گردید. تأثیر مهاری این نانوذرات بر فیبری شدن لیزوزیم با استفاده از روش‌های سنجش آمیلوئید مثل تیوفلاوین T، قرمز کنگو و سنجش MTT مطالعه شد.
یافته‌ها مطالعه سنجش ThT نشان داد که این نانوذرات، قادر به مهار تشکیل تجمع آمیلوئیدی با الگوی مهار وابسته به غلظت معکوس می‌باشد و بهترین غلظت مهاری نیز 0/01میکروگرم بر میلی‌لیتر به‌دست آمد. مطالعه سینیتیک تجمع نشان داد که نانوذرات طلا- نقره بر فاز تأخیری فیبری شدن، تأثیری ندارند ولی فاز تعادلی آن به‌طور معنی‌داری کاهش می‌یابد. همچنین تأثیرات سمیت تجمعات لیزوزیم در حضور نانو ذرات نقره- طلا به‌طور معنی‌داری کاهش یافت (05/p˂0).
نتیجه‌گیری پیش‌بینی می‌شود که براساس بینش‌های به‌دست‌آمده در طراحی نانوذرات جدید دو فلزی، ایده استفاده از روش‌های درمانی مبتنی بر نانوذرات جدید دوفلزی برای درمان بیماری‌های تحلیل‌برنده عصبی، چشم‌انداز واقع‌بینانه داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Identification of Bimetallic Au/Ag Nanoparticles on lysozyme Amyloid Fibrillization and Prevent Its cytotoxicity

نویسنده [English]

  • hassan Ramshini
Associate Professor, Department of Biology, Payam Noor University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Introduction: The accumulation of amyloid aggregates in the brain are associated with numerous neurodegenerative disorders. Several nanoparticles (NP) have been using for treatment of neurological disease. Metal nanoparticles can be modified through the construction of bimetallic architectures consisting of two distinct metals that their properties can be dramatically different from those of the corresponding single-component particles. At the present study, we evaluated the effect of the bimetallic Au/Ag nanoparticles on hen lysozyme amyloid aggregation as a model protein for amyloid formation . Materials and Methods: In this experimental study, to induce amyloid formation, Acidic pH and high temperatures were used. Hen egg white lysozyme (HEWL) was dissolved at 2 mg/mL in 50mM glycine buffer (pH 2.5), and then incubated at 57 °C for the specified durations. The inhibitory effect of the nanoparticles against HEWL fibrillation using and ThT (thioflavin T), Congo red and MTT assay was investigated .
Results: ThT assay showed that the particles are able to inhibit HEWL aggregation in a pattern of inverse dose-dependent inhibition and with the best inhibitory concentration 0.01 µg/ml. Kinetic study of showed that the particles caused lag phase do not change but stationary phase decreased and also cytotoxic activity of HEWL aggregates in presence of Au/Ag nanoparticleswas significantly diminished (P˂0.05) . Conclusions: We anticipate that based on obtained insights in design of new bimetallic nanoparticles, rationally design of effective NP-based therapeutics for neurodegenerative diseases may be a feasible perspective . 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Amyloid aggregation
  • Gold-silver nanoparticles
  • Hen egg white lysozyme
  • Cell toxicity
[1]. Zaman M, Ahmad E, Qadeer A, Rabbani G, Khan RH. Nanoparticles in relation to peptide and protein aggregation. Int J Nanomed. 2014; 9: 899–912.
[2]. Gelperina S, Kisich K, Iseman MD, Heifets L. The potential advantages of nanoparticle drug delivery systems in chemotherapy of tuberculosis. Am J Respir Crit Care Med. 2005; 172: 1487–1490.
[3]. Chiang YD, Lian HY, Leo S-Y, Wang S-G, Yamauchi Y, Wu KCW. Controlling particle size and structural properties of mesoporous silica nanoparticles using the taguchi method. J PhysChem C. 2011; 115: 1358–13165.
[4]. Zainala NA, Shukor SRA, Wab SRA, Razak KA. Study on the effect of synthesis parameters of silica nanoparticles entrapped with rifampicin. AIDIC Conf Ser. 2013; 11; 431– 440.
[5]. Hardy J, Selkoe DJ. The amyloid hypothesis of Alzheimer's disease: progress and problems on the road to therapeutics. Science 2002; 297: 353.
[6]. Tatini F, Pugliese AM, Traini C, Niccoli S, Maraula G, Ed Dami T, Mannini B, Scartabelli T, Pedata F, Casamenti F, Chiti F. Amyloid-β oligomer synaptotoxicity is mimicked by oligomers of the model protein HypF-N. Neurobiol Aging 2013;34:2100-9.
[7]. Brambilla D, Verpillot R, Le Droumaguet B, Nicolas J, Taverna M, Kona J. PEGylated nanoparticles bind to and alter amyloid-beta peptide conformation: toward engineering of functional nanomedicines for Alzheimer’s disease. ACS Nano 2012; 6: 5897-908.
[8]. Farrall AJ, Wardlaw JM. Blood-brain barrier: ageing and micro vascular disease- systematic review and metaanalysis. Neurobiol Aging 2009; 30: 337-352.
[9]. Gladytz A, Abel B, Risselada HJ. Gold-Induced Fibril Growth: The Mechanism of Surface-Facilitated Amyloid Aggregation. Angew Chem Int Ed Engl. 2016; 55: 11242-6.
[10]. Mahmoudi M, Hosseinkhani H, Hosseinkhani M, et al. Magnetic resonance imaging tracking of stem cells in vivo using iron oxide nanoparticles as a tool for the advancement of clinical regenerative medicine. Chem Rev. 2011;111: 253–280.
[11]. Padmanabhan P, Kumar A, Kumar S, Chaudhary RK, Gulyas B. Nanoparticles in practice for molecular-imaging applications: an overview. Acta Biomater. 2016; 41: 1–16.
[12]. Ramshini H, Moghaddasi AS, Aldaghi LS, Mollania N, Ebrahim-Habibi A. Arch Ital Biol. 2017; 155: 131-141
[13]. Ramshini H, Moghaddasi AS, Mollania N, Khodarahmi R. Diverse antithetical effects of the bio-compatible Ag-NPs on the hen egg lysozyme amyloid aggregation: from an efficient inhibitor to obscure inducer Journal of the Iranian Chemical Society. J Iran Chem Society 2019; 16: 33-44
[14]. Vural H, Demirin H, Kara Y, Eren I, Delibas N. Alterations of plasma magnesium, copper, zinc, iron and selenium concentrations and some related erythrocyte antioxidant enzyme activities in patients with Alzheimer's disease. J Trace Elem Med Biol. 2010; 24:169-173.
[15]. Rita Cardoso B, Silva Bandeira V, Jacob-Filho W, FranciscatoCozzolino SM. Selenium status in elderly, relation to cognitive decline. J Trace Elem Med Biol. 2014; 28: 422-426.
[16]. Kosik KS. Alzheimer’s disease, a cell biological perspective. Science 1992; 256:780-783.
[17]. Nazıroğlu M, Muhamad S, Pecze L. Nanoparticles as potential clinical therapeutic agents in Alzheimer's disease: focus on selenium nanoparticles. Expert Rev Clin Pharmacol. 2017; 10: 773-782. [18]. Toshima N, Yonezawa T. Bimetallic nanoparticles-novel materials for chemical and physical applications. New J Chem. 1998; 22: 1179–1201.
[19]. Mesbahi-Nowrouzi M, Mollania M. Purification of selenite reductase from Alcaligenes sp. CKCr-6A with the ability to biosynthesis of selenium nanoparticle: Enzymatic behavior study in imidazolium based ionic liquids and organic solvent. J Mol Liquids 2018; 249: 1254–1262
[20]. Ramshini H, mohammad-zadeh M, Ebrahim-Habibi A. Inhibition of amyloid fibril formation and cytotoxicity by a chemical analog of Curcumin as a stable inhibitor. Int J Biol Macromol. 2015; 78: 396-404.
[21]. Nilsson MR. Techniques to study amyloid fibril formation in vitro. Methods 2004; 34: 151-60.
[22]. Selkoe DJ. Folding proteins in fatal ways Nature 2004; 25,:428, 445.
[23]. Iravani, S. Green synthesis of metal nanoparticles using plants. Green Chem. 2011; 13: 2638-2650. [24]. Mittal A K, Chisti Y, Banerjee UC. Synthesis of metallic nanoparticles using plant extracts. Biotechnol. Adv. 2013; 31: 346-356.
[25]. Gao J, Ren, X, Chen, D, Tang F, Ren J. Bimetallic Ag–Pt hollow nanoparticles: Synthesis and tunable surface Plasmon resonance. Scr. Mater. 2007; 57: 687–690.
[26]. Sun S, Murray CB, Weller D, Folks L, Moser A. Monodisperse FePt nanoparticles and ferromagnetic FePt nanocrystal superlattices. Science 2000; 287: 1989–1992
[27]. Vongsavat V, Vittur BM, Bryan WW, Kim J-H, Lee TR. Ultrasmall hollow gold–silver nanoshells with extinctions strongly red-shifted to the near-infrared. ACS Appl Mater Interfaces 2011; 3: 3616–3624. [28]. Sra AK, Schaak RE. Synthesis of atomically ordered AuCu and AuCu3 nanocrystals from bimetallic nanoparticle precursors. J Am Chem Soc. 2004; 126: 6667–6672.
[29]. Cheng G, Hight Walker AR. Synthesis and characterization of cobalt/gold bimetallic nanoparticles. J Magn Mater 2007; 311: 31–3.
[30]. Yuan L, Hu W, Zhang H, Chen L, Wang J, Wang Q. Cu5FeS4 nanoparticles with tunable plasmon resonances for efficient photothermal therapy of cancers. Front Bioeng Biotechnol. 2020; 8: 21.
[31]. Javed I, Peng G, Xing Y, Yu T, Zhao M, Kakinen A, Faridi A, Parish CL, Ding F, Davis TP, Ke PC, Lin S. Inhibition of amyloid beta toxicity in zebrafish with a chaperone-gold nanoparticle dual strategy. Nat Commun. 2019; 10: 3780.
[32]. Parveen R, Shamsi TN, Fatima S. Nanoparticles-protein interaction: Role in protein aggregation and clinical implications. Int J Biol Macromol. 2017; 94: 386–395
[33]. Siddiqi MK, Malik S, Majid N, Alam P, Khan RH. Cytotoxic species in amyloid-associated diseases: oligomers or mature fibrils. Adv Protein Chem Struct Biol. 2019; 118: 333-369.
دوره 28، شماره 2
خرداد و تیر 1400
صفحه 232-241
  • تاریخ دریافت: 10 اسفند 1398
  • تاریخ بازنگری: 04 اردیبهشت 1399
  • تاریخ پذیرش: 07 اردیبهشت 1399
  • تاریخ اولین انتشار: 01 خرداد 1400