Analysis of the electric field gradient in the perovskites SrTiO3 and BaTiO3: density functional and model calculations

We analyze recent measurements [R. Blinc, V. V. Laguta, B. Zalar, M. Itoh and H. Krakauer, J. Phys. : Cond. Mat., v.20, 085204 (2008)] of the electric field gradient on the oxygen site in the perovskites SrTiO3 and BaTiO3, which revealed, in agreement with calculations, a large difference in the EFG for these two compounds. In order to analyze the origin of this difference, we have performed density functional electronic structure calculations within the local-orbital scheme FPLO. Our analysis yields the counter-intuitive behavior that the EFG increases upon lattice expansion. Applying the standard model for perovskites, the effective two-level p-d Hamiltonian, can not explain the observed behavior. In order to describe the EFG dependence correctly, a model beyond this usually sufficient p-d Hamiltonian is needed. We demonstrate that the counter-intuitive increase of the EFG upon lattice expansion can be explained by a s-p-d model, containing the contribution of the oxygen 2s states to the crystal field on the Ti site. The proposed model extension is of general relevance for all related transition metal oxides with similar crystal structure.Comment: 10 pages, 4 figure

Cytokine profile in hospitalized patients with COVID-19 of different severity

Analysis of cytokine profile markers in conjunction with the clinical manifestations of coronavirus disease 2019 (COVID-19) can provide valuable information about the pathogenetic manifestations of the disease, and therefore, in the future, determine drugs that affect the cytokine storm and have an anti-inflammatory effect.Aim. To identify correlations between the parameters of the developed cytokine profile and the clinical course in hospitalized patients with COVID-19 of different severity.Material and methods. The study included 70 hospitalized patients with a confirmed diagnosis of COVID-19, with a mean age of 58 [50;69] years, including 40 men (57%) and 30 women (43%). The average lung involvement according to computed tomography (CT) at admission was CT-2 [1;3]. Peripheral venous blood was taken at admission, which averaged 7 [6; 8] days from the symptom onset. Standard biochemical parameters were studied, as well as 47 cytokines and chemokines using the Multiplex system (Merck KGaA, Darmstadt, Germany).Results. Correlations was found between the lung involvement degree and the level of IL-8 (r=0,31, p<0,05), IL-15 (r=0,35, p<0,05), IL-18 (r=0,31, p<0,05), MCP-1 (r=0,36, p<0,05), MIG (r=0,50, p<0,05), TNF-α (r=0,41, p<0,05). An inverse correlation was also found in the level of blood oxygen saturation with the same indicators as follows: IL-8 (r=-0,27, p<0,05), IL-15 (r=-0,34, p<0,05), IL-18 (r=-0,31, p<0,05), MCP-1 (r=-0,40, p<0,05), MIG (r=-0,56, p<0,05), TNF-α (r=-0,45, p<0,05). IL-6 levels were significantly elevated in patients with severe COVID-19 (CT3, CT4), while no increase in IL-6 was observed in patients with moderate disease (CT1, CT2). It is noteworthy that in patients with diabetes, the highest values of IL-12, IL-9 were recorded.Conclusion. Hyperinflammatory syndrome in severe COVID-19 is manifested by high levels of IL-6, MIG, MDC, MCP-1, M-CSF, TNF-α, β, IL-8, IL-18, IL-15. With the CT-1 and CT-2, an increase in only the level of IL-18, IL-8 is noted. The identified patterns prove and make it possible to explain a number of systemic inflammatory changes that occur with COVID-19

Роль убиквитин-протеасомной системы в развитии плоскоклеточного рака полости рта

 The ubiquitin-proteasome system (UPS) controls the activity, subcellular localization, and stability of many cellular proteins that affect cellular homeostasis by regulating multiple signaling cascades. The activity of this system is associated with the emergence and progression of oral squamous cell carcinoma, since specific proteolysis of most intracellular proteins involved in the pathogenesis of cancer is implemented by this system.The review article presents data on the characteristics of proteasomes and the process of substrate protein ubiquitination. The role of the ubiquitin-proteasome system in the pathogenesis of oral squamous cell carcinoma is shown, and the prospects of its use in precancerous diseases are described. The  literature search was carried out in the search engines Medline, eLIBRARY, Scopus, The Cochrane Library, and RSCI.  Убиквитин-протеасомная система контролирует активность, субклеточную локализацию и стабильность множества клеточных белков, которые влияют на клеточный гомеостаз посредством регуляции сигнальных каскадов. Активность данной системы связана с возникновением и  прогрессированием плоскоклеточного рака полости рта, так как специфический протеолиз большинства  внутриклеточных протеинов, участвующих в патогенезе рака, происходит с помощью вышеупомянутой системы.В обзорной статье представлены данные о характеристике  протеасом и процессе убиквинтирования белковсубстратов. Показана роль убиквитин-протеасомной системы в  патогенезе плоскоклеточного рака полости рта, приведены сведения о перспективах использования ее при предраке. Поиск литературы осуществлялся в поисковых системах Medline, Elibrary, Scopus, The Cochrane Library, РИНЦ.

Экспрессия мРНК кальпаинов и их активность в злокачественном и диспластически измененном эпителии верхних дыхательных путей

 Background. The calpain proteolytic system plays an important role in the development of cancer. Detection of early cancer in the upper respiratory tract is often challenging, as symptoms are largely non-specific, and most cases are diagnosed at an advanced stage.Aim. To identify candidate markers of transition from premalignant lesions to invasive carcinoma, we studied mRNA expression levels of CAPN1 and CAPN2 and the total activity of calpains in the tumor tissues of patients with head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) and in the epithelial dysplasia-affected tissues of patients with chronic diseases of the upper respiratory tract.Materials and methods. The study included 32 patients with HNSCC (Т1-3N0-1М0) and 12 patients with chronic diseases of the upper respiratory system associated with epithelial dysplasia. The expression levels of CAPN1 and CAPN2 were assessed using real-time polymerase chain reaction (PCR). The calpain activity was determined by hydrolysis of the fluorogenic Suc-LLVY-AMC oligopeptide.Results. The mRNA expression levels of CAPN1 and CAPN2 were respectively 3 and 4 times higher in the tumor tissue of patients with HNSCC than in the tissue of patients with endothelial dysplasia in the upper respiratory tract. The level of calpain activity was 4.4 times higher in patients with HNSCC than in patients with epithelial dysplasia of different severity.Conclusion. The elevated mRNA expression levels of CAPN1 and CAPN2 and their activity in the tumor tissues of patients with HNSCC compared to patients with chronic respiratory diseases associated with epithelial dysplasia are likely to characterize a high potential for transition from precancerous lesion to cancer. To clarify the role of calpains in the carcinogenesis of HNSCC, further studies of intact tissues using animal models are required.   Актуальность. Кальпаиновая протеолитическая система играет важную роль в развитии злокачественных опухолей. В настоящее время диагностика рака верхних дыхательных путей на ранних стадиях проводится редко, заболевание часто характеризуется запущенностью опухолевого  процесса.С целью поиска кандидатных маркеров перехода  предопухолевых заболеваний в злокачественные изучали уровни экспрессии мРНК CAPN1, CAPN2 и общей активности  кальпаинов в опухолевой ткани пациентов с плоскоклеточным раком головы и шеи (ПРГШ) и в  диспластически измененном эпителии верхних дыхательных путей.Материалы и методы. В исследование были включены 32 пациента с ПРГШ (Т1-3N0-1М0), группу больных с предопухолевой патологией составили 12 пациентов с  хроническими заболеваниями верхних отделов дыхательной системы, ассоциированными с  диспластическими изменениями эпителия различной  степени. Уровень экспрессии мРНК CAPN1 и CAPN2 оценивался с помощью полимеразной цепной реакции в  режиме реального времени. Активность кальпаинов  определяли по гидролизу флуорогенного олигопептида Suc-LLVY-AMC.Результаты. Показано увеличение уровня экспрессии мРНК CAPN1 и CAPN2 (в 3 и 4 раза соответственно) в опухолевой ткани у пациентов с ПРГШ в сравнении с диспластически  измененным эпителием верхних дыхательных путей. Также отмечен высокий уровень активности кальпаинов у больных  ПРГШ, который в 4,4 раза превышал показатели, полученные для пациентов с диспластическими  изменениями эпителия различной степени.Заключение. Вероятно, увеличение уровня мРНК CAPN1 и  CAPN2 и общей активности кальпаинов в опухолевых тканях  пациентов с ПРГШ в сравнении с пациентами с  хроническими заболеваниями, ассоциированными с  диспластическими изменениями различной степени, может  играть важную роль в процессе перехода предрака в рак. Для полного установления роли кальпаинов в  канцерогенезе ПРГШ необходимо дальнейшее проведение подобных исследований в интактной ткани, что возможно  только на экспериментальных моделях.

ЦИРКУЛИРУЮЩИЕ АКТИН-СВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ ПРИ ПРОГРЕССИРОВАНИИ РАКА ГОРТАНИ И ГОРТАНОГЛОТКИ

High aggressiveness of laryngeal and hypopharyngeal squamous cell carcinomas dictates the necessity of studying the molecular mechanisms of metastasis. Cancer metastasis is associated with remodeling of the cytoskeleton, which is carried out by actin-binding proteins (ABPs). Currently, there is insufficient data on the feasibility of determining the level of circulating ASBs in lymphogenous metastasis of laryngeal cancer (LC). Material and Methods. Blood serum analysis was carried out in 42 LC patients and 15 healthy volunteers using ELISA kits on a microplate ELISA reader Multiskan FC 100 (ThermoFisher Scientific). Among ASBs, cofilin1 (CFL1), fascin1 (FSCN1), ezrin (EZR), profilin1 (PFN1), adenylyl cyclase associated protein 1 (CAP1) were studied. Statistical processing of the results was performed using the Statistica 6.0 software package. Results. It was shown that the serum level of CAP1 was significantly higher in patients with LC compared with the group of healthy volunteers (p=0.00). As the size of the primary tumor increased, the levels of FSCN1, CAP1 and PFN1 significantly increased. The level of FSCN1 was 10 times higher and the level of CAP1 was 40% higher in LC patients with metastases than in LC patients without metastases. Thus, among the studied ASBs, FSCN1, CAP1, and PFN1 play an important role in the pathogenesis of LC. Conclusion. The results of the serum level of ASB in LC were obtained for the first time, and they determine the fundamental basis for the development of new methods for predicting the development of metastases.Высокая агрессивность плоскоклеточного рака гортани и гортаноглотки (РГ) определяет проблему изучения молекулярных механизмов его метастазирования. Метастазирование злокачественных опухолей связано с ремоделированием цитоскелета, которое осуществляют актин-связывающие белки (АСБ). В настоящее время недостаточно данных о возможности определения уровня циркулирующих АСБ при лимфогенном метастазировании РГ. Материал и методы. Анализ сыворотки крови 42 больных РГ и 15 здоровых волонтеров проводили с помощью ИФА наборов на микропланшетном ИФА ридере Multiskan FC 100 (ThermoFisher Scientific). Из числа АСБ были изучены кофилин 1 (CFL1), фасцин 1 (FSCN1), эзрин (EZR), профилин 1 (PFN1), аденилил-циклаза ассоциированный протеин 1 (CAP1). Статистическая обработка результатов выполнена с применением пакета программ Statistica 6.0. Результаты. Показано, что сывороточный уровень САР1 значимо выше у больных РГ по сравнению с группой здоровых волонтеров (р=0.00). С увеличением размера первичной опухоли значимо увеличивался уровень FSCN1, САР1 и PFN1. В группе больных РГ с лимфогенными метастазами уровень FSCN1 был выше в 10 раз, а уровень САР1 – на 40 % по сравнению с неметастазирующими опухолями. Таким образом, из изученных АСБ в патогенезе РГ важную роль играют FSCN1, САР1 и PFN1. Заключение. Данные о сывороточном уровне АСБ при РГ получены впервые и определяют фундаментальную базу для разработки новых способов прогнозирования развития метастазов

ПРОТЕИНФОСФАТАЗА 1В В ПАТОГЕНЕЗЕ РАКА ГОРТАНИ И ГОРТАНОГЛОТКИ

To predict the development and clinical course of squamous cell head and neck carcinoma (SCHNC), we studied the level of protein phosphatase 1B (РРМ1В) using the proteomic analysis. Verification of the results of proteomic analysis by ELISA showed that the level of РРМ1В in blood serum of patients with SCHNC depended on the disease stage. The level of РРМ1В in the blood serum of patients with stage T1N0M0 cancer was higher than that observed in the control group and in patients with chronic hyperplastic laryngitis. In tumor tissue, the level of РРМ1В was associated with the size of the primary tumor and the presence of metastases. In tumor tissue, the level of РРМ1В was also higher in patients with stage T1N0M0 than in patients with chronic hyperplastic laryngitis. The data obtained indicate that the level of РРМ1В can be used for early detection and prediction of the clinical course of SCHNC. Further studies with larger cohorts of patients are required to evaluate the prognostic significance of the РРМ1В level.Для прогноза развития и течения одного из агрессивных социально значимых заболеваний – плоско-клеточного рака головы и шеи (ПРГШ) протеомным анализом определили ряд показателей, в числе которых находится протеинфосфатаза 1В (РРМ1В). Верификация результатов протеомного анализа методом ИФА показала, что содержание РРМ1В в сыворотке крови больных ПРГШ различалось в зависимости от стадии патологического процесса и коррелировало с размером первичной опухоли. У больных ПРГШ T1N0M0 стадии в сыворотке крови выявлен более высокий уровень РРМ1В в отличие от больных в группах контроля и с хроническим гиперпластическим ларингитом (ХГЛ) с дисплазией эпителия (DII–III). Содержание РРМ1В в опухолевой ткани было связано с размером первичного опухолевого очага и наличием метастазов. При ПРГШ T1N0M0 стадии в опухолевой ткани выявлен более высокий уровень РРМ1В в отличие от группы больных с хроническим гиперпластическим ларингитом. Получены результаты, свидетельствующие о возможности использования определения РРМ1В для ранней диагностики и прогноза течения ПРГШ. Для выяснения прогностического значения уровня РРМ1В необходимы дополнительные исследования с увеличением числа больных в группах

Особенности протеома сыворотки крови больных плоскоклеточными карциномами головы и шеи

We compared the serum proteome profiles of squamous cell head and neck carcinoma patients with metastases, without metastases and healthy volunteers using the combination of gradient gel-electrophoresis (1D-SDS PAGE) and mass-spectrometry. The study showed the difference in the serum proteome between healthy volunteers and squamous cell head and neck carcinoma patients with metastases and without clinical evidence of disease progression. Proteins in the serum proteome of patients with  squamous cell head and neck carcinoma that participate in various cellular processes can be suggested fur further study as potential markers of cancer progression.Представлены результаты сравнительной оценки протеома сыворотки крови в группах больных ПКГШ с метастазами, без метастазов и здоровых волонтеров с помощью комбинации методов 1D-SDS PAGE градиентного гель-электрофореза и массспектрометрического анализа. Предложенный дизайн исследования показал, что протеом сыворотки крови в группах здоровых волонтеров и больных ПКГШ с метастазами и без клинического проявления прогрессирования заболевания различен. В сывороточном протеоме больных ПКГШ представлены белки, участвующие в различных клеточных процессах, которые могут быть предложены для дальнейшего изучения в качестве потенциальных маркеров опухолевой прогрессии

CАР1 – СЫВОРОТОЧНЫЙ МАРКЕР РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ РАКА ГОРТАНИ И ГОРТАНОГЛОТКИ

Squamous cell carcinoma of head and neck (SCCHN) is often asymptomatic until it reaches the advanced stage. Currently, there are no available markers that can accurately predict the risk of progression of epithelial dysplasia to squamous cell carcinoma. The purpose of the study was to evaluate the feasibility of using the level of adenylyl cyclase-associated protein 1 (CAP-1) in the blood serum to identify groups of increased risk of cancer in patients with chronic laryngeal and hypopharyngeal hyperplasia associated with epithelial dysplasia. Material and methods. The blood serums from 45 patients with SCCHN (T1–4N0–3M0), 12 patients  with chronic inflammatory laryngeal and hypopharyngeal diseases and 15 heath subjects were examined. The blood analysis was performed using the CAP1 ELISA kit (Cusabio) on the Biochrom Anthos 2020 Microplate IEA Reader. Results. The serum level of САР1 was higher by 75 % in patients with SCCHN (Т1N0M0) than in patients with chronic hyperplastic laryngitis. Moreover, differences in the serum level of САР1 were observed between healthy subjects and patients with chronic laryngeal hyperplasia. In SCCHN patients with regional metastases, CAP1 concentration in the blood serum was 2 times higher compared to that observed in SCCHN patients without regional metastases (p≤0.01). Conclusion. The study results showed the feasibility of using the level of CAP1 for distinguishing patients with chronic hyperplastic laryngitis from those with laryngeal cancer, as well as for early detection of SCCHN and the development of new method for prediction of disease.Плоскоклеточный рак головы и шеи (ПРГШ) часто характеризуется бессимптомным течением и плохим прогнозом. Для потенциально злокачественных эпителиальных дисплазий на данный момент не существует точных критериев, способных предсказать их переход в рак.Цель исследования – оценка возможности использования определения аденилил циклаза ассоциированного протеина 1 (САР1) в сыворотке крови для формирования групп онкологического риска больных хроническими гиперпластическими процессами гортани и гортаноглотки, ассоциированными с диспластическими изменениями в эпителии.Материал и методы. Исследовалась сыворотка крови 45 больных ПРГШ (T1–4N0–3M0), 12 человек с хроническими воспалительными заболеваниями гортани и гортаноглотки (ХГЛ) и 15 здоровых волонтеров. Анализ сыворотки крови проводили с помощью ИФА набора CAP1 ELISA kit (Cusabio) на микропланшетном ИФА ридере Anthos Reader 2020 (Biochrom).Результаты. Анализ содержания САР1 в сыворотке крови больных всех представленных групп показал различия в зависимости от стадии патологического процесса. Сывороточный уровень САР1 на 75 % был значимо выше у больных ПРГШ со стадией заболевания Т1N0M0 по сравнению с группой больных ХГЛ с дисплазией II–III степени.  Было отмечено значимое различие в группах здоровых лиц и больных ХГЛ. В группе больных ПРГШ с регионарными метастазами содержание САР1 в сыворотке крови было выше в 2 раза (р≤0,01), чем у больных без метастазов в регионарные лимфоузлы.Заключение. Результаты исследования показали принципиальную возможность использования определения содержания САР1 для дифференциальной диагностики больных ХГЛ и раком гортани, а также для ранней диагностики ПРГШ и перспективность для разработки нового метода прогноза течения заболевания

Functional characterization and biological significance of Yersinia pestis lipopolysaccharide biosynthesis genes

The Gram negative bacterium Yersinia pestis is the etiological agent of flea transmitted fulminant systemic rodent zoonosis and the reason of the three devastating pandemics of plague Lipopolysaccharide (LPS, endotoxin) is an impor tant factor of pathogenicity of Gram negative bacteria. The full LPS molecule (S form LPS) consists of three well defined domains: i) lipid A composed of sugars, fatty acids, and phosphate; it represents the endotoxic princi ple of the LPS and anchors it in the outer membrane; ii) a core oligosaccharide containing charged groups; and iii) an O specific polysaccharide (O antigen), which carries ISSN 0006 2979, Biochemistry (Moscow), 2011, Vol. 76, No. 7, pp. 808 822. © Pleiades Publishing, Ltd., 2011. Published in Russian in Biokhimiya, 2011, Vol. 76, No. 7, pp. 989 1005 Abstract-In silico analysis of available bacterial genomes revealed the phylogenetic proximity levels of enzymes responsible for biosynthesis of lipopolysaccharide (LPS) of Yersinia pestis, the cause of plague, to homologous proteins of closely relat ed Yersinia spp. and some other bacteria (Serratia proteamaculans, Erwinia carotovora, Burkholderia dolosa, Photorhabdus luminescens and others). Isogenic Y. pestis mutants with single or double mutations in 14 genes of LPS biosynthetic path ways were constructed by site directed mutagenesis on the base of the virulent strain 231 and its attenuated derivative. Using high resolution electrospray ionization mass spectrometry, the full LPS structures were elucidated in each mutant, and the sequence of monosaccharide transfers in the assembly of the LPS core was inferred. Truncation of the core decreased sig nificantly the resistance of bacteria to normal human serum and polymyxin B, the latter probably as a result of a less effi cient incorporation of 4 amino 4 deoxyarabinose into lipid A. Impairing of LPS biosynthesis resulted also in reduction of LPS dependent enzymatic activities of plasminogen activator and elevation of LD 50 and average survival time in mice and guinea pigs infected with experimental plague. Unraveling correlations between biological properties of bacteria and partic ular LPS structures may help a better understanding of pathogenesis of plague and implication of appropriate genes as potential molecular targets for treatment of plague