Исследование эстеразного статуса организма как комплексного биомаркера воздействия фосфорорганических соединений

Development of biomarkers of human exposures to organophosphorus compounds OPCs and their quantification is a vital component of a system of prediction and early diagnostics of OPC-induced diseases. Our study was focused on investigation of esterase status as a complex biomarker of exposure to OPCs and an aid in accurate diagnosis. We suggest that this complex biomarker should be more effective and informative than standard assays of plasma butyrylcholinesterase (BChE), erythrocyte acetylcholinesterase (RBC AChE), and lymphocyte neuropathy target esterase (NTE). It will help: 1) to assess an exposure as such and to confirm the nonexposure of individuals suspected to have been exposed; 2) to determine if the exposure was to agents expected to produce acute and/or delayed neurotoxicity; 3) to perform dosimetry of the exposure, which provides valuable information for medical treatment. To confirm this hypothesis, we have examined the changes in activity of blood AChE, NTE, BChE and carboxylesterase (CaE) 1 h after i.p. administration of increasing doses of three OPCs with different esterase profiles: the known neuropathic compound O,O-dipropyl-O-dichlorovinyl phosphate (C3H 7O)2P(O)OCH=CCl2 (diPr-DClVP) as the control compound and two model dialkylphosphates (C2H5O)2P(O)OCH(CF3)2 (diEt-PFP) and (C4H9O)2P(O)OCH(CF3)2 (diBu-PFP). The esterases assay was performed in hemolysed blood by spectrophotometric (AChE, BChE, CaE) and biosensor (NTE) methods. Analysis of the obtained dose-dependences for blood esterases inhibition showed that blood BChE and CaE were the most sensitive biomarkers, allowing detection of low doses. Inhibition of blood NTE and AChE can be used to assess the likelihood that an exposure to OPC would produce cholinergic and/or delayed neuropathic effects.Разработка системы биомаркеров воздействия фосфорорганических соединений (ФОС) на человека и их количественная оценка являются важным компонентом предсказания и ранней диагностики заболеваний, вызываемых антихолинэстеразными соединениями. Целью нашей работы было исследование эстеразного статуса организма как комплексного биомаркера воздействия ФОС для диагностики воздействия и последующей терапии такого рода интоксикаций. Мы полагаем, что этот комплексный биомаркер будет более эффективным и информативным по сравнению со стандартным определением бутирилхолинэстеразы плазмы крови (БХЭ), ацетилхолинэстеразы эритроцитов (АХЭ) и нейротоксичной эстеразы лимфоцитов (НТЭ). Он позволит: 1) подтвердить или опровергнуть сам факт воздействия ФОС; 2) определить, обусловлено ли воздействие агентами, вызывающими острую и/или отставленную нейротоксичность; 3) провести дозиметрию воздействия, которая даст ценную информацию для последующей терапии отравления. Для подтверждения этой гипотезы мы провели исследование изменения активности АХЭ, НТЭ, БХЭ и карбоксиэстеразы (КЭ) крови мышей через 1 ч после внутрибрюшинного введения возрастающих доз трёх ФОС с различным эстеразным профилем: известного нейропатичного соединения O,O-дипропил-O-дихлорвинилфосфата (C3H 7O)2P(O)OCH=CCl2 (diPr-DClVP) в качестве контрольного соединения и двух модельных диалкилфосфатов – (C2H5O)2P(O)OCH(CF3)2 (diEt-PFP) и (C4H9O)2P(O)OCH(CF3)2 (diBu-PFP). Измерение активности эстераз проводили в препаратах гемолизованной крови спектрофотометрическим (АХЭ, БХЭ, КЭ) и биосенсорным (НТЭ) методами. Анализ полученных дозозависимостей для ингибирования эстераз крови показал, что БХЭ и КЭ являются наиболее чувствительными биомаркерами, позволяющими детектировать низкие дозы ФОС токсикантов. Одновременное определение активности АХЭ и НТЭ в крови может быть использовано для оценки вероятности воздействия острых и/или отставленных нейротоксикантов

Diethyl [2,2,2-trifluoro-1-phenyl­sulfonyl­amino-1-(trifluoro­meth­yl)eth­yl]phospho­nate

The title compound, C13H16F6NO5PS, is of inter­est with respect to inhibition of serine hydro­lases. Its structure contains a 1.8797 (13) Å P—C bond and two inter­molecular N—H⋯O=P hydrogen bonds, resulting in centrosymmetric dimers. An intra­molecular N—H⋯O=P hydrogen bond is also present

Neuropathy target esterase in mouse whole blood as a biomarker of exposure to neuropathic organophosphorus compounds

The adult hen is the standard animal model for testing organophosphorus (OP) compounds for organophosphorus compound‐induced delayed neurotoxicity (OPIDN). Recently, we developed a mouse model for biochemical assessment of the neuropathic potential of OP compounds based on brain neuropathy target esterase (NTE) and acetylcholinesterase (AChE) inhibition. We carried out the present work to further develop the mouse model by testing the hypothesis that whole blood NTE inhibition could be used as a biochemical marker for exposure to neuropathic OP compounds. Because brain NTE and AChE inhibition are biomarkers of OPIDN and acute cholinergic toxicity, respectively, we compared NTE and AChE 20‐min IC50 values as well as ED50 values 1 h after single intraperitoneal (i.p.) injections of increasing doses of two neuropathic OP compounds that differed in acute toxicity potency. We found good agreement between the brain and blood for in vitro sensitivity of each enzyme as well for the ratios IC50(AChE)/IC50(NTE). Both OP compounds inhibited AChE and NTE in the mouse brain and blood dose‐dependently, and brain and blood inhibitions in vivo were well correlated for each enzyme. For both OP compounds, the ratio ED50(AChE)/ED50(NTE) in blood corresponded to that in the brain despite the somewhat higher sensitivity of blood enzymes. Thus, our results indicate that mouse blood NTE could serve as a biomarker of exposure to neuropathic OP compounds. Moreover, the data suggest that relative inhibition of blood NTE and AChE provide a way to assess the likelihood that OP compound exposure in a susceptible species would produce cholinergic and/or delayed neuropathic effects. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.The adult hen is the standard animal model for testing organophosphorus (OP) compounds for organophosphorus compound‐induced delayed neurotoxicity (OPIDN). Recently, we developed a mouse model for the biochemical assessment of the neuropathic potential of OP compounds based on brain neuropathy target esterase (NTE) and acetylcholinesterase (AChE) inhibition. The present work represents further development of the mouse model aimed at using whole blood NTE as a biomarker of exposure to neuropathic OP compounds and predicting OPIDN risk in susceptible species by comparing blood NTE and AChE inhibition.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/134102/1/jat3305.pdfhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/134102/2/jat3305_am.pd

Селективные ингибиторы карбоксилэстеразы для повышения эффективности, безопасности и рационального применения лекарственных препаратов, содержащих сложноэфирные группы

In clinical practice, a large number of prodrugs and active drugs containing an ester, carbamate or amide moiety are used. Carboxylesterase (CaE, EC 3.1.1.1) is the key enzyme of hydrolytic metabolism of such drugs in the body, it largely determines their pharmacokinetics, bioavailability, efficacy and possible toxic effects. Using CaE selective inhibitors as components of combined drug therapy it is possible us to regulate the rate of hydrolytic transformation of ester-containing drugs and opens the possibility of their rational use. The development of effective and selective CaE inhibitors suitable for in vivo application is a new promising approach in medicinal chemistry and pharmacology that allows to improve the efficacy, bioavailability and reduce the side effects of ester-containing drugs.В клинической практике применяется большое число пролекарств и активных лекарственных средств, содержащих сложноэфирную, карбаматную или амидную группировку. Ключевым ферментом гидролитического метаболизма таких препаратов в организме являются карбоксилэстеразы (КЭ, КФ 3.1.1.1), которые в значительной степени определяют их фармакокинетику, эффективность и возможные токсические эффекты этих лекарственных средств. Использование селективных ингибиторов КЭ в качестве компонентов комбинированной лекарственной терапии позволяет регулировать скорость гидролитического превращения лекарственных препаратов со сложноэфирной группой и открывает возможность их рационального использования. Создание эффективных и селективных ингибиторов КЭ для применения in vivo, является новым перспективным подходом в медицинской химии и фармакологии, позволяющим повысить эффективность, биодоступность и снизить побочные эффекты многочисленных лекарственных средств, содержащих сложноэфирные группировки

POLYFLUOROALKYL-2-(HET)ARYLHYDRAZONO-1,3-DICARBONYL COMPOUNDS IN INTRAMOLECULAR CYCLIZATION REACTIONS

This work was financially supported by the Program UB RAS (Grant number 18-3-3-13)

Влияние размера цикла и структуры спейсера конъюгатов такрина и его циклопентильного гомолога с 5-(4-трифторметил-фениламино)-1,2,4-тиадиазолом на спектр биологической активности

The conjugates of tacrine and its cyclopentyl analogue with 5-(4-trifluoromethyl-phenylamino)-1,2,4-thiadiazole, combined with two different spacers, pentylaminopropane and pentylaminopropene, were synthesized. Their esterase profile, the ability to displace propidium from the peripheral anionic site (PAS) of acetylcholinesterase (AChE) and antioxidant activity in the ABTS test were investigated. The compounds obtained effectively inhibit cholinesterases with a predominant effect on butyrylcholinesterase, displace propidium from the PAS of Electrophorus electricus AChE (EeAChE) and exhibit a high radical-scavenging capacity. It is shown that, depending on the spacer structure, particulary, the presence of a propenamine or propanamine fragment, the spectrum of biological activity of the conjugates changes.Синтезированы конъюгаты такрина и его циклопентильного аналога с 5-(4-трифторметил-фениламино)-1,2,4- тиадиазолом, объединённые двумя разными спейсерами – пентиламинопропановым и пентиламинопропеновым, исследован их эстеразный профиль, способность вытеснять пропидий из периферического анионного сайта (ПАС) ацетилхолинэстеразы (АХЭ) и антиоксидантная активность в тесте АБТС. Полученные соединения эффективно ингибируют холинэстеразы с преимущественным действием на бутирилхолинэстеразу, вытесняют пропидий из ПАС АХЭ из Electrophorus electricus (EeАХЭ) и обладают высокой радикал-связывающей способностью. Показано, что в зависимости от строения спейсера, а именно наличия в нем пропенаминового или пропанаминового фрагмента, меняется спектр биологической активности конъюгатов

Molecular polymorphism of human enzymes as the basis of individual sensitivity to drugs. Supercomputer-assisted modeling as a tool for analysis of structural changes and enzymatic activity of proteins

© 2016, Springer Science+Business Media New York.The nature of individual sensitivity to drugs associated with molecular polymorphism of human enzymes is discussed. The influence of molecular polymorphism on the activity of key human esterases, in particular, cholinesterases and carboxylesterase, responsible for hydrolytic metabolism of ester-containing drugs, is analyzed. A method was developed, which involves supercomputer-assisted modeling as a tool for assessment of molecular mechanism of the impact of point mutations on the catalytic activity of enzymes. This work is a part of a study aimed at elaboration of the concept and methods of personalized medicine

Effect of blood non-newtonian properties on vortex formation behind of coronary artery stenosis

The purpose of the study is a computer measurement method of the influence of non-Newtonian properties of blood on the exclusion of vortex zones near coronary artery stenosis.Цель исследования – методом компьютерного моделирования оценить влияние неньютоновских свойств крови на возникновение вихревых зон вблизи стеноза коронарных артерий

INFLUENCE OF NON-NEUTONIAN PROPERTIES OF BLOOD ON FORMATION OF RECIRCULATION ZONES IN VESSELS WITH STENOSE

The aim of the work is demonstration the influence of non-Newtonian blood properties on vortex formation. The blood flow characteristic of different phases of the cardiac cycle, vortex zones are formed and flow characteristics quantitatively differ in the area of stenosis by the order of 10%.Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 22-71-10071

Improved Electrochemical Analysis of Neuropathy Target Esterase Activity by a Tyrosinase Carbon Paste Electrode Modified by 1-Methoxyphenazine Methosulfate

A graphite-paste tyrosinase biosensor was improved by adding 1-methoxyphenazine methosulfate as a mediator. Mediator modification enhanced sensitivity to phenol 4-fold and long-term stability 3-fold. Phenol could be detected at 25 n M (S/N=2) using an Ag/AgCl reference electrode. The biosensor was used to measure the activity of a toxicologically significant enzyme, neuropathy target esterase (NTE), which yields phenol by hydrolysis of the substrate, phenyl valerate. Using the new biosensor, blood and brain NTE inhibition by organophosphorus (OP) compounds with different neuropathic potencies were well correlated ( r =0.990, n =7), supporting the use of blood NTE as a biochemical marker of exposure to neuropathic OP compounds.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/42368/1/10529_2005_Article_0020.pd