Plant root associated chitinases: structures and functions

Chitinases degrade chitin, a linear homopolymer of β-1,4-linked N-acetyl-D-glucosamine (GlcNAc) residues found in the cell walls of fungi and the exoskeletons of arthropods. They are secreted by the roots into the rhizosphere, a complex and dynamic environment where intense nutrient exchange occurs between plants and microbes. Here we modeled, expressed, purified, and characterized Zea mays and Oryza sativa root chitinases, and the chitinase of a symbiotic bacterium, Chitinophaga oryzae 1303 for their activities with chitin, di-, tri-, and tetra-saccharides and Aspergillus niger, with the goal of determining their role(s) in the rhizosphere and better understanding the molecular mechanisms underlying plant-microbe interactions. We show that Zea mays basic endochitinase (ZmChi19A) and Oryza sativa chitinase (OsChi19A) are from the GH19 chitinase family. The Chitinophaga oryzae 1303 chitinase (CspCh18A) belongs to the GH18 family. The three enzymes have similar apparent KM values of (20-40 µM) for the substrate 4-MU-GlcNAc3. They vary in their pH and temperature optima with OsChi19A activity optimal between pH 5–7 and 30–40°C while ZmChi19A and CspCh18A activities were optimal at pH 7-9 and 50–60°C. Modeling and site-directed mutation of ZmChi19A identified the catalytic cleft and the active residues E147 and E169 strategically positioned at ~8.6Å from each other in the folded protein. Cleavage of 4-MU-GlcNAc3 was unaffected by the absence of the CBD but diminished in the absence of the flexible C-terminal domain. However, unlike for the soluble substrate, the CBD and the newly identified flexible C-terminal domain were vital for inhibiting Aspergillus niger growth. The results are consistent with the involvement of the plant chitinases in defense against pathogens like fungi that have chitin exoskeletons. In summary, we have characterized the functional features and structural domains necessary for the activity of two plant root chitinases that are believed to be involved in plant defense and a bacterial chitinase that, along with the plant chitinases, may participate in nutrient recycling in the rhizosphere

Plant root associated chitinases: structures and functions

Chitinases degrade chitin, a linear homopolymer of β-1,4-linked N-acetyl-D-glucosamine (GlcNAc) residues found in the cell walls of fungi and the exoskeletons of arthropods. They are secreted by the roots into the rhizosphere, a complex and dynamic environment where intense nutrient exchange occurs between plants and microbes. Here we modeled, expressed, purified, and characterized Zea mays and Oryza sativa root chitinases, and the chitinase of a symbiotic bacterium, Chitinophaga oryzae 1303 for their activities with chitin, di-, tri-, and tetra-saccharides and Aspergillus niger, with the goal of determining their role(s) in the rhizosphere and better understanding the molecular mechanisms underlying plant-microbe interactions. We show that Zea mays basic endochitinase (ZmChi19A) and Oryza sativa chitinase (OsChi19A) are from the GH19 chitinase family. The Chitinophaga oryzae 1303 chitinase (CspCh18A) belongs to the GH18 family. The three enzymes have similar apparent KM values of (20-40 µM) for the substrate 4-MU-GlcNAc3. They vary in their pH and temperature optima with OsChi19A activity optimal between pH 5–7 and 30–40°C while ZmChi19A and CspCh18A activities were optimal at pH 7-9 and 50–60°C. Modeling and site-directed mutation of ZmChi19A identified the catalytic cleft and the active residues E147 and E169 strategically positioned at ~8.6Å from each other in the folded protein. Cleavage of 4-MU-GlcNAc3 was unaffected by the absence of the CBD but diminished in the absence of the flexible C-terminal domain. However, unlike for the soluble substrate, the CBD and the newly identified flexible C-terminal domain were vital for inhibiting Aspergillus niger growth. The results are consistent with the involvement of the plant chitinases in defense against pathogens like fungi that have chitin exoskeletons. In summary, we have characterized the functional features and structural domains necessary for the activity of two plant root chitinases that are believed to be involved in plant defense and a bacterial chitinase that, along with the plant chitinases, may participate in nutrient recycling in the rhizosphere.This article is published as Shobade SO, Zabotina OA and Nilsen-Hamilton M (2024) Plant root associated chitinases: structures and functions. Front. Plant Sci. 15:1344142. doi: 10.3389/fpls.2024.1344142. © 2024 Shobade, Zabotina and Nilsen-Hamilton. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms

Oligosaccharin - A new systemic factor in the acquisition of freeze tolerance in winter plants

The acquisition of freeze tolerance in winter plants involves, among other cellular responses, activated catabolism of cell wall polysaccharides, thereby liberating oligosaccharides. One of these was identified as an oligosaccharin (physiologically active fragment) that most likely originates from hemicelluloses. Treatment of winter wheat seedlings with the oligosaccharin at 2°C increased their freeze tolerance by ∼30%. Results obtained to date suggest that the oligosaccharin acts as an endogenous and systemic signaling molecule during cold adaptation. © 2005 Società Botanica Italiana

Клинико-экономическая оценка терапии острого повреждения почек при сепсисе продолжительными комбинированными методами заместительной почечной терапии

Objective: complex assessment of clinical and economic effectiveness as well as saving of the state budget assets within the therapy of patients with sepsis/septic shock based on different technologies of blood purification.Methods. Evaluation of direct and indirect costs of the eight blood purifcation methods. The target population includes adult patients 18+ with septic acute kidney injury. The study was conducted in compliance with acting Standards on Clinical Economic Studies used in the Russian Federation.The study methods included evaluation of existing randomized clinical studies and trials with data from network meta-analyses and systematic reviews of the target technologies. The direct medical and indirect non-medical costs were calculated and analyzed in respect of cost-effectiveness  and budget impact analyses.Results. Direct and indirect costs were calculated for the sorption devices oXiris (Baxter International Inc.), Toraymyxin (Toray Medical Co.), Alteco LPS Adsorber (Alteco Medical AB), Toxipak (POKARD NPF), Desepta.LPS (BIOTECH M NPP), CytoSorb (CytoSorbents Inc.), HA330 (Jafron Biomedical Co.), Desepta (BIOTECH M NPP) for two time-horizons: 1-year period and 5-years period with discounting. For both periods, the use of oXiris hemoflter results in the least economic burden for the state budget.Conclusion. The use of blood purifcation in septic patients therapy is associated with considerable direct and indirect fnancial expenses, the amount of which and consequential budget saving depend on the technology of blood purifcation applied. The actual tariff compensation policy evidently demands revising.Цель исследования: комплексная оценка клинико-экономической эффективности и экономии бюджетных средств при использовании разных технологий экстракорпоральной гемокоррекции (ЭГК) при лечении больных с сепсисом / септическим шоком.Методика. Предмет исследования – фармако-экономические показатели прямых медицинских и непрямых затрат при использовании восьми технологий ЭГ. Целевая популяция – пациенты старше 18 лет с сепсис-ассоциированным острым повреждением почек. Исследование осуществлено в соответствии с действующим отраслевым стандартом «Клинико-экономические исследования», применяемым в России.Методология предполагала оценку имеющихся рандомизированных клинических исследований, а также исследований, включающих данные сетевых метаанализов и систематических обзоров применения изучаемых технологий. Произведен расчет прямых медицинских и непрямых немедицинских затрат с анализом по критериям «затраты ‒ эффективность», «влияние на бюджет».Результаты. Определена величина прямых и косвенных затрат при использовании сорбционных устройств oXiris (Baxter International Inc.), Toraymyxin (Toray Medical Co.), Alteco LPS Adsorber (Alteco Medical AB), Toxipak (НПФ ПОКАРД), Desepta.LPS (НПП Биотех М), CytoSorb (CytoSorbents Inc.), HA330 (Jafron Biomedical Co.), Desepta (НПП Биотех М) в расчете на применение технологий в течение 1 года и на временной 5-летний горизонт. Показано, что среди всех технологий в оба этих периода наименьшую нагрузку на бюджет оказывает использование гемофильтра oXiris.Выводы. Использование экстракорпоральной гемокоррекции при лечении больных с сепсисом сопровождается большими прямыми и косвенными финансовыми затратами, величина которых и экономия бюджетных средств зависят от применяемой технологии. Порядок компенсации затрат на экстракорпоральную гемокоррекцию при сепсисе, реализуемый в настоящее время в рамках модели, основанной на клинико-статистических группах, требует пересмотра

Клинико-экономическая оценка использования селективных сорбционных методик экстракорпоральной гемокоррекции у пациентов ОРИТ

The objective was to analyze the clinical and economic feasibility of using selective methods  of lipopolysaccharide (LPS) sorption  for sepsis treatment.Materials and methods.  A clinical and economic model was used to assess the feasibility of using some technologies of selective lipopolysaccharide sorption. The model was developed in accordance with the current industry standard «Clinical and Economic Research» used in Russia. The target  population was patients of 18 years old and older with sepsis. The methodology involved the evaluation of available randomized clinical trials, as well as studies involving data from network meta-analyses and systematic  reviews of the use of the studied  technologies. The calculation of direct  medical and indirect non-medical  costs was made with an analysis of the impact on the budget  during  the first year and on the time horizon for five years.Results. The value of direct  and indirect costs was determined when using sorption  devices based on Efferon LPS, Toraymyxin,  Alteco LPS Adsorber,  Toxipak  columns. It was shown that  among the therapeutic alternatives, the use of the Efferon LPS column had the least burden on the budget.Conclusion. The  use of selective  lipopolysaccharide sorption  technologies in the  intensive  care program  for sepsis patients, although accompanied  by an increase  in direct  and indirect financial costs, leads to budget  savings in the medium  term. Improving  the mechanism  for compensating the costs of using this technology is a promising way to improve the outcomes of sepsis treatment.Цель: проанализировать клинико-экономическую целесообразность использования селективных методов  сорбции  липополисахарида (ЛПС) в терапии сепсиса.Материалы и методы. Использована клинико-экономическая модель оценки целесообразности применения некоторых технологий селективной сорбции липополисахарида. Модель разработана в соответствии с действующим отраслевым стандартом «Клинико-экономические исследования», применяемым в России. Целевая  популяция – пациенты  18 лет и старше с сепсисом. Методология предполагала оценку имеющихся  рандомизированных клинических исследований, а также исследований, включающих  данные сетевых метаанализов и систематических  обзоров применения изучаемых  технологий.  Произведен расчет прямых  медицинских и непрямых  немедицинских затрат с анализом  влияния на бюджет в течение первого года и на временной  горизонт в течение пяти лет.Результаты. Определена величина  прямых и косвенных затрат при использовании сорбционных  устройств  на основе колонок Эфферон ЛПС,  Toraymyxin,  Alteco LPS Adsorber,  Токсипак.  Показано,  что среди терапевтических альтернатив наименьшую  нагрузку  на бюджет оказывает использование колонки Эфферон ЛПС.Выводы. Использование технологий  селективной сорбции липополисахарида в программе интенсивной терапии больных сепсисом хотя и сопровождается увеличением прямых и косвенных финансовых затрат, но в среднесрочной перспективе ведет к экономии  бюджетных средств. Совершенствование механизма компенсации затрат на использование данной технологии  – перспективный путь для улучшения исходов лечения сепсиса

Медико-экономический анализ влияния инвалидизации, ассоциированной с ревматическими заболеваниями, на экономику страны с учетом реализации пенсионной реформы

The paper presents the data of an original study evaluating the impact of disability associated with a number of rheumatic diseases (RDs) (rheumatoid arthritis, ankylosing spondylitis, and psoriatic arthritis) on the country's economy, as well as their related losses of the state under the conditions of implementation of the upcoming pension reform (PR). The authors consider the socioeconomic importance of disability associated with RDs in the current period and after PR implementation in 2019–2028, determine the degree of its influence on the country's gross domestic product, and also calculate the economic efficiency of return of the potentially able-bodied proportion of disabled people (able-bodied population) to socioeconomic activity.The opinions of experts and leading experts in this area from different subjects of the Russian Federation were taken into account when preparing the study.В статье представлены данные оригинального исследования, посвященного оценке влияния инвалидизации, ассоциированной с рядом ревматических заболеваний – РЗ (ревматоидный артрит, анкилозирующий спондилит и псориатический артрит), на экономику страны, а также связанных с ними потерь государства в условиях реализации предстоящей пенсионной реформы (ПР). Рассмотрено социально-экономическое значение инвалидизации, ассоциированной с РЗ, в текущем периоде и после проведения ПР 2019–2028 гг., определена степень ее влияния на валовой внутренний продукт страны, а также рассчитана экономическая эффективность возврата потенциально трудоспособной части инвалидов (лиц, находящихся в трудоспособном возрасте) к социально-экономической активности. При подготовке исследования были учтены мнения экспертов и ведущих специалистов в данной области из различных субъектов Российской Федерации

Медико-социальная значимость и расчет экономического бремени аксиального спондилоартрита в Российской Федерации

Objective: to assess the economic burden of ankylosing spondylitis (AS) and non-radiological axial spondyloarthritis (nr-axSpA) in the Russian Federation, as well as the availability and economic prospects for more complete provision of biological disease-modifying antirheumatic drugs (bDMARDs) to patients with AS and nr-axSpA.Patients and methods. The prevalence of AS and nr-axSpA and organizational aspects of providing with bDMARDs to this category of patients were analyzed.A variant model has been developed in Microsoft Excel, allows to calculate the indicators of the economic burden of AS and nr-axSpA in the Russian Federation, taking into account the economic losses associated with disability, as well as the low availability of bDMARDs. During study preparation, data from real clinical practice and the opinions of experts in the field of AS from various regions of the Russian Federation were studied.The economic burden was calculated as the sum of direct and indirect costs per patient and the population. Additionally, the specific economic burden per capita was determined.Results and discussion. According to expert estimates, the prevalence of AS and nr-axSpA today is 105.0 and 33.2 thousand people, respectively.The current economic burden of the AS for 2019 is estimated at 21.9 billion rubles per population, or 395.5 thousand rubles for 1 patient. The ratio of direct and indirect costs was 1:4, i.e. 4.7 billion rubles – direct costs (84.3 thousand rubles per 1 patient) and 17.2 billion rubles – indirect costs (311.2 thousand rubles per 1 patient). The burden per capita – 149 rubles.Nr-axSpA's current economic burden in 2019 reached 3.0 billion rubles, or 182.9 thousand rubles for 1 patient. The ratio of direct and indirect costs is estimated as 2:5, or 0.9 billion rubles – direct costs (53.0 thousand rubles per 1 patient) and 2.2 billion rubles – indirect costs (130.0 thousand rubles per 1 patient). The burden per capita – 21 rubles.Conclusion. The economic burden of AS and nr-axSpA can be reduced by providing patients with bDMARDs in the required amount: 15% of patients with AS and 10% with nr-axSpA. Due to the imperfection of the regulatory framework, patients with nr-axSpA experience serious difficulties in receiving this therapy within the framework of preferential drug coverage and compulsory health insurance. With the provision of bDMARDs for about 15 and 10% of patients with AS and nr-axSpA, respectively, on the horizon of 5 years, a decrease in disability by 75% and temporary disability by 60% is expected. At the same time, the economic burden for 5 years will decrease by about 40% for each nosology.Цель исследования – оценка экономического бремени анкилозирующего спондилита (АС) и нерентгенологического аксиального спондилоартрита (нр-аксСпА) в Российской Федерации, а также доступности и экономических перспектив более полного обеспечения генно-инженерными биологическими препаратами (ГИБП) больных АС и нр-аксСпА.Пациенты и методы. Проанализированы распространенность АС и нр-аксСпА и организационные аспекты обеспечения ГИБП данной категории больных.Разработана вариативная модель в Microsoft Excel, которая позволяет рассчитать показатели экономического бремени АС и нр-аксСпА в Российской Федерации с учетом потерь, связанных с утратой трудоспособности и инвалидизацией, а также низкой доступностью ГИБП.При подготовке исследования были изучены данные реальной клинической практики и мнения экспертов в области аксиального спондилоартрита из различных субъектов Российской Федерации.Экономическое бремя рассчитывалось как сумма прямых и косвенных затрат на 1 пациента и на популяцию в целом. Дополнительно определялось удельное экономическое бремя на душу населения.Результаты и обсуждение. По экспертной оценке, распространенность АС и нр-аксСпА на сегодня составляет 105,0 и 33,2 тыс. человек соответственно. Актуальное экономическое бремя АС за 2019 г. оценено в 21,9 млрд руб. на популяцию, или в 395,5 тыс. руб. на 1 пациента. Соотношение прямых и косвенных затрат составляло 1:4, т. е. 4,7 млрд руб. – прямые затраты (84,3 тыс. руб. на 1 пациента) и 17,2 млрд руб. – косвенные затраты (311,2 тыс. руб. на 1 пациента). Бремя на душу населения – 149 руб.Актуальное экономическое бремя нр-аксСпА за 2019 г. достигало 3,0 млрд руб. на популяцию, или 182,9 тыс. руб. на 1 пациента. Соотношение прямых и косвенных затрат расценено как 2:5, или 0,9 млрд руб. – прямые затраты (53,0 тыс. руб. на 1 пациента) и 2,2 млрд руб. – косвенные затраты (130,0 тыс. руб. на 1 пациента). Бремя на душу населения – 21 руб.Заключение. Экономическое бремя АС и нр-аксСпА может быть снижено за счет обеспечения пациентов ГИБП в необходимом объеме: 15% пациентов при АС и 10% при нр-аксСпА. Из-за несовершенства нормативной базы пациенты с нр-аксСпА испытывают серьезные трудности при получении данной терапии в рамках льготного лекарственного обеспечения и обязательного медицинского страхования. При обеспечении ГИБП около 15 и 10% больных АС и нр-аксСпА соответственно на горизонте 5 лет ожидается снижение инвалидизации на 75% и временной утраты трудоспособности на 60%. При этом экономическое бремя за 5 лет уменьшится примерно на 40% для каждой нозологии

Современные иммунологические биомаркеры рака толстой кишки

The article briefly describes the mechanism of action of immunotherapeutic drugs that suppress the activity of “checkpoints” of the immune response CTLA-4 and PD-1. Modern methods of clinical efficacy and advantages of applying nivolumab, pembrolizumab and atezolizumab in colorectal cancer. The existing evidence base of the potential predictive and prognostic role of MSI status is summarized and presented information on the prospects for the further development of this therapeutical treatment of malignant tumors.В статье кратко описан механизм действия иммунотерапевтических препаратов, подавляющих активность «чекпоинтов» иммунного ответа CTLA-4 и PD-1. Приведены современные данные о клинической эффективности и преимуществах применения ниволумаба, пембролизумаба и атезолизумаба при колоректальном раке. Обобщена существующая доказательная база о потенциальной предиктивной и прогностической роли MSI-статуса и представлена информация о перспективах дальнейшего развития данного метода лекарственного лечения злокачественных опухолей

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕГУЛЯЦИИ ПРОТИВООПУХОЛЕВОГО ИММУННОГО ОТВЕТА

The tumor has different mechanisms capable of destroying the immunological protection. Population of regulatory cells, along with other factors provide “escape” of the tumor from immune surveillance. In our laboratory, we studied the features of quantitative changes of some subpopulations of peripheral blood lymphocytes in primary operable breast cancer (BC) and melanoma at different stages of tumor growth and in the process of tumor therapy. In 94.5% of patients with breast cancer were found to increase compared to the control amount of NKT-cells with the phenotype CD45+CD3+ CD16+CD56+, 78% increase in number of CD8+CD28– T-cells, and 20.5% increase in the number of patients Regulatory CD4+CD25+FOXP3+ T cells. Was found to depend on changes in the number of these cells from the stage of the disease. Patients with stage I and II disease there was a statistically significant increase in the percentage of CD8+CD28– T–cells and CD45+CD3+ CD16+CD56+ NKT-cells compared to the donor. At the same time in patients with stage III the number of cells of both populations declined and did not differ from the norm. Such dynamics of quantitative changes were typical for the main populations of effector cells antitumor immunity. In the evaluation of patients with disseminated melanoma was found that no increase in the number of cytotoxic CD45+CD8+CD11b+ T cells in the treatment dendritic cell vaccine (DCV) appears to be an indication to stop vaccine therapy, initially increased amount of CD3+CD8+CD16+. NKT-cells may serve as grounds for refusal of DCV. A brief description of the major co-receptor inhibitor of T-cells, and monoclonal antibodies that block the inhibitory molecule on immune and tumor cells in order to increase the efficiency of anti-tumor immune response. Encouraging clinical results have been obtained by using anti-CTLA-4 (ipilimumab), and anti-PD-1 (nivolumab) monoclonal antibodies.Опухоль обладает различными механизмами, способными разрушать иммунологическую защиту. Популяции регуляторных клеток наряду с другими факторами обеспечивают «ускользание» опухоли от иммунологического надзора. В нашей лаборатории было проведено изучение особенностей количественных изменений некоторых субпопуляций лимфоцитов периферической крови у первично-операбельных больных раком молочной железы (РМЖ) и диссеминированной меланомой на разных этапах опухолевого роста и в процессе противоопухолевой терапии. У 94,5% больных РМЖ было обнаружено повышение по сравнению с контролем количества NKT-клеток с фенотипом CD45+CD3+CD16+CD56+, у 78% повышение количества CD8+CD28- Т-клеток, и у 20,5% больных повышение количества регуляторных CD4+CD25+FOXP3+ Т-клеток. Выявлена зависимость изменений количества этих клеток от стадии заболевания: у пациенток с I и II стадиями заболевания отмечалось статистически значимое повышение процента CD8+CD28- Т-клеток и CD45+CD3+CD16+CD56+ NKT-клеток по сравнению с донорами. В то же время у пациенток с III стадией количество клеток обеих популяций снижалось и практически не отличалось от нормы. Подобная динамика количественных изменений была характерна и для основных популяций клеток-эффекторов противоопухолевого иммунитета. При обследовании больных диссеминированной меланомой было обнаружено, что отсутствие повышения количества цитотоксических CD45+CD8+CD11b+ Т-клеток в процессе лечения дендритноклеточной вакциной (ДКВ), по-видимому, является показанием к прекращению вакцинотерапии, а исходно повышенное количество CD3+CD8+CD16+ NKT-клеток может служить основанием для отказа от ДКВ. Приводится краткое описание основных ко-ингибиторных рецепторов Т-клеток и моноклональных антител, блокирующих ингибиторные молекулы на иммунокомпетентных и опухолевых клетках, с целью повышения эффективности противоопухолевого иммунного ответа. Обнадеживающие клинические результаты были получены при применении анти-CTLA-4 (ипилимумаб) и анти-PD-1 (ниволумаб) моноклональных антител