biopreparatБИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечениеBiological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment2221-996X2619-1156Scientific Centre for Expert Evaluation of Medicinal Products10.30895/2221-996X-2022-22-3-308-317biopreparat-414Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESВлияние ферментативно деполимеризованного фукоидана на эффекторные функции клеток врожденного и адаптивного иммунитетаEffects of enzymatically depolymerised fucoidan on effector functions of innate and adaptive immunity cellshttps://orcid.org/0000-0002-4315-6959КузнецоваТ. А.KuznetsovaT. A.

Кузнецова Татьяна Алексеевна, доктор медицинских наук

 Ул. Сельская, д. 1, г. Владивосток, 690087

Tatyana A. Kuznetsova, Dr. Sci. (Med.)

1 Selskya St., Vladivostok 690087

takuznets@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4505-3627СмолинаТ. П.SmolinaT. P.

Смолина Татьяна Павловна, кандидат биологических наук

Ул. Сельская, д. 1, Владивосток, 690087

Tatyana P. Smolina

1 Selskya St., Vladivostok 690087

tsmol@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5686-8672ПерсияноваЕ. В.PersiyanovaE. V.

Персиянова Елена Викторовна, кандидат биологических наук

Ул. Сельская, д. 1, г. Владивосток, 690087

Elena V. Persiyanova, Cand. Sci. (Biol.)

1 Selskya St., Vladivostok 690087

helen-pers@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9525-668XИванушкоЛ. А.IvanushkoL. A.

Иванушко Людмила Александровна, кандидат медицинских наук

Ул. Сельская, д. 1, г. Владивосток, 690087

Ludmila A. Ivanushko, Cand. Sci. (Med.)

1 Selskya St., Vladivostok 690087

l.iva_57@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3502-5692СильченкоА. С.SilchenkoA. S.

Сильченко Артем Сергеевич, кандидат химических наук

Пр. 100-летия Владивостока, д. 159, Владивосток, 690022

Artem S. Silchenko, Cand. Sci. (Chem.)

159 100-letiya Vladivostoka Ave, Vladivostok 690022

artem.silchencko@yandex.ruЕрмаковаС. П.ErmakovaS. P.

Ермакова Светлана Павловна, доктор химических наук, профессор

Пр. 100-летия Владивостока, д. 159, Владивосток, 690022

Svetlana P. Ermakova, Dr. Sci. (Chem.)

159 100-letiya Vladivostoka Ave, Vladivostok 690022

swetlana_e@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2760-9778БеседноваН. Н.BesednovaN. N.

Беседнова Наталия Николаевна, доктор медицинских наук, профессор, академик РАН

Пр. 100-летия Владивостока, д. 159, Владивосток, 690022

Natalya N. Besednova, Dr. Sci. (Med.), Professor, Acad. of RAS

1 Selskya St., Vladivostok 690087

besednoff_lev@mail.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияG.P. Somov Institute of Epidemiology and Microbiology, RospotrebnadzorRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова, Дальневосточноео отделение Российской академии наукРоссияG.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияG.P. Somov Institute of Epidemiology and Microbiology, Rospotrebnadzor,Russian Federation202210102022223308317Copyright © Кузнецова Т.А., Смолина Т.П., Персиянова Е.В., Иванушко Л.А., Сильченко А.С., Ермакова С.П., Беседнова Н.Н., 20222022Кузнецова Т.А., Смолина Т.П., Персиянова Е.В., Иванушко Л.А., Сильченко А.С., Ермакова С.П., Беседнова Н.Н.Kuznetsova T.A., Smolina T.P., Persiyanova E.V., Ivanushko L.A., Silchenko A.S., Ermakova S.P., Besednova N.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.biopreparations.ru/jour/article/view/414

Использование сульфатированных полисахаридов (фукоиданов) в качестве фармацевтических субстанций или адъювантов связано с решением задачи по получению структурно охарактеризованных и однородных образцов или их олигомерных фракций, сохраняющих высокую биологическую активность. Нами получен высокоочищенный продукт ферментативного гидролиза фукоидана из бурой водоросли Fucus evanescens и дана оценка биологической активности полученного продукта в сравнении с нативным фукоиданом. Цель работы: изучение влияния ферментативно деполимеризованного образца фукоидана из бурой водоросли F. evanescens на эффекторные функции клеток врожденного и адаптивного иммунитета in vitro и in vivo в условиях антигенной нагрузки овальбумином (ОВА) в сравнении с нативным фукоиданом. Материалы и методы: для оценки влияния образцов фукоиданов (ферментативно деполимеризованного и нативного) in vitro на уровень экспрессии основных иммунофенотипических маркеров клеток врожденного и адаптивного иммунитета (нейтрофилов, натуральных киллеров, моноцитов, лимфоцитов) применяли методы проточной цитометрии. В экспериментах in vivo в сыворотке крови мышей линии BALB/c, иммунизированных ОВА, исследовали уровень специфических антител IgG, IgG1, IgG2а и цитокинов (IFN-γ, IL-2, IL-10, IL-12). Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью пакета программы Statistica 10. Результаты: под влиянием обоих образцов фукоиданов in vitro выявлены изменения уровня экспрессии основных иммунофенотипических маркеров клеток врожденного и адаптивного иммунитета, свидетельствующие об их активации. В условиях in vivo под действием образцов фукоиданов наблюдалось увеличение уровня ОВА-специфических антител (IgG, IgG1, IgG2a) и продукции цитокинов (IFN-γ, IL-2, IL-10). Выводы: показана активация образцом ферментативно деполимеризованного фукоидана врожденного и адаптивного иммунитета, которая не уступает действию нативного образца фукоидана, что определяет возможность его применения в качестве адъюванта для широкого спектра профилактических и терапевтических вакцин.

The use of sulfated polysaccharides (fucoidans) as active pharmaceutical ingredients or adjuvants poses the challenge of obtaining structurally characterised and homogeneous samples or their oligomeric fractions maintaining high biological activity. The authors obtained a highly purified enzymatic hydrolysate of fucoidan from the brown alga Fucus evanescens and compared its biological activity with that of a native sample. The aim of the study was to compare, in vitro and in vivo, the effects of depolymerised fucoidan from the brown alga F. evanescens and native fucoidan on the effector functions of innate and adaptive immunity cells loaded with ovalbumin (OVA). Materials and methods: the effects of the fucoidan samples (depolymerised and native) on the expression of the main immunophenotypic markers by innate and adaptive immunity cells (neutrophils, monocytes, natural killers, and lymphocytes) were studied in vitro using flow cytometry. The levels of serum OVA-specific antibodies (IgG, IgG1, IgG2а) and cytokines (IFN-γ, IL-2, IL-10, IL-12) were studied in vivo using BALB/c mice immunised with OVA. The statistical analysis of the data obtained was performed using the Statistica 10 software package. Results: in vitro, both fucoidan samples altered the expression of the main immunophenotypic markers by innate and adaptive immunity cells, indicating their activation. In vivo, mice treated with the fucoidan samples demonstrated an increase in the levels of OVA-specific antibodies (IgG, IgG1 and IgG2a) and in the production of cytokines (IFN-γ, IL-2, IL-10). Conclusions: the effects of enzymatically depolymerised fucoidan on functional activity of innate and adaptive immunity cells are comparable to those of native fucoidan. The findings indicate the possibility of using enzymatic hydrolysis products of fucoidan as adjuvants for a wide range of prophylactic and therapeutic vaccines.

фукоиданыадъювантывакциныврожденный иммунитетадаптивный иммунитетовальбуминfucoidansadjuvantsvaccinesinnate immunityadaptive immunityovalbuminРабота выполнена в ФГБНУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии имени Г.П. Сомова» Роспотребнадзора в рамках Государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации 2019/№ 0545-2019-0006The study reported in this publication was carried out by G.P. Somov Institute of Epidemiology and Microbiology as part of publicly funded research project 2019/No. 0545-2019-0006 of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian FederationReferencesMenshova RV, Shevchenko NM, Imbs TI, Zvyagintseva TN, Malyarenko OS, Zaporoshets TS, et al. Fucoidans from Brown Alga Fucus evanescens: structure and biological activity. Front Marine Sci. 2016;3:1–9. https://doi.org/10.3389/fmars.2016.00129Menshova RV, Shevchenko NM, Imbs TI, Zvyagintseva TN, Malyarenko OS, Zaporoshets TS, et al. Fucoidans from Brown Alga Fucus evanescens: structure and biological activity. Front Marine Sci. 2016;3:1–9. https://doi.org/10.3389/fmars.2016.00129Silchenko AS, Rasin AB, Kusaykin MI, Malyarenko OS, Shevchenko NM, Zueva AO, et al. Modification of native fucoidan from Fucus evanescens by recombinant fucoidanase from marine bacteria Formosa algae. Carbohydr Polym. 2018;193:189–95. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.03.094Silchenko AS, Rasin AB, Kusaykin MI, Malyarenko OS, Shevchenko NM, Zueva AO, et al. Modification of native fucoidan from Fucus evanescens by recombinant fucoidanase from marine bacteria Formosa algae. Carbohydr Polym. 2018;193:189–95. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.03.094Anastyuk SD, Shevchenko NM, Dmitrenok PS, Zvyagintseva TN. Structural similarities of fucoidans from brown algae Silvetia babingtonii and Fucus evanescens, determined by tandem MALDI-TOF mass spectrometry. Carbohydr Res. 2012;358:78–81. https://doi.org/10.1016/j.carres.2012.06.015Anastyuk SD, Shevchenko NM, Dmitrenok PS, Zvyagintseva TN. Structural similarities of fucoidans from brown algae Silvetia babingtonii and Fucus evanescens, determined by tandem MALDI-TOF mass spectrometry. Carbohydr Res. 2012;358:78–81. https://doi.org/10.1016/j.carres.2012.06.015Dubois M, Gilles K, Hamilton JK, Rebers PA, Smith F. A colorimetric method for the determination of sugars. Nature. 1951;168(4265):167. https://doi.org/10.1038/168167a0Dubois M, Gilles K, Hamilton JK, Rebers PA, Smith F. A colorimetric method for the determination of sugars. Nature. 1951;168(4265):167. https://doi.org/10.1038/168167a0Dodgson KS, Price RG. A note on the determination of the ester sulphate content of sulphated polysaccharides. Biochem J. 1962;84(1):106–10. https://doi.org/10.1042/bj0840106Dodgson KS, Price RG. A note on the determination of the ester sulphate content of sulphated polysaccharides. Biochem J. 1962;84(1):106–10. https://doi.org/10.1042/bj0840106Waffenschmidt S, Jaenicke L. Assay of reducing sugars in nanomole range with 2,2-bicinchoninate. Anal Biochem. 1987;165(2):337–40. https://doi.org/10.1016/0003-2697(87)90278-8Waffenschmidt S, Jaenicke L. Assay of reducing sugars in nanomole range with 2,2-bicinchoninate. Anal Biochem. 1987;165(2):337–40. https://doi.org/10.1016/0003-2697(87)90278-8Romee R, Foley B, Lenvik T, Wang Y, Zhang B, Ankarlo D, et al. NK cell CD16 surface expression and function is regulated by a disintegrin and metalloprotease-17 (ADAM17). Blood. 2013;121(18):3599–608. https://doi.org/10.1182/blood-2012-04-425397Romee R, Foley B, Lenvik T, Wang Y, Zhang B, Ankarlo D, et al. NK cell CD16 surface expression and function is regulated by a disintegrin and metalloprotease-17 (ADAM17). Blood. 2013;121(18):3599–608. https://doi.org/10.1182/blood-2012-04-425397Ahmad F, Tufa DM, Mishra N, Jacobs R, Schmidt RE. Terminal differentiation of CD56(dim)CD16(+) natural killer cells is associated with increase in natural killer cell frequencies after antiretroviral treatment in HIV-1 infection. AIDS Res Hum Retroviruses. 2015;31(12):1206–12. https://doi.org/10.1089/aid.2015.0115Ahmad F, Tufa DM, Mishra N, Jacobs R, Schmidt RE. Terminal differentiation of CD56(dim)CD16(+) natural killer cells is associated with increase in natural killer cell frequencies after antiretroviral treatment in HIV-1 infection. AIDS Res Hum Retroviruses. 2015;31(12):1206–12. https://doi.org/10.1089/aid.2015.0115Kuznetsova TA, Persiyanova EV, Ermakova SP, Khotimchenko MYu, Besednova NN. The sulfated polysaccharides of Brown Algae and products of their enzymatic transformation as potential vaccine adjuvants. Nat Prod Com. 2018;13(8);1083–95. https://doi.org/10.1177/1934578X1801300837Kuznetsova TA, Persiyanova EV, Ermakova SP, Khotimchenko MYu, Besednova NN. The sulfated polysaccharides of Brown Algae and products of their enzymatic transformation as potential vaccine adjuvants. Nat Prod Com. 2018;13(8);1083–95. https://doi.org/10.1177/1934578X1801300837Zhang W, Oda T, Yu Q, Jin JO. Fucoidan from Macrocystis pyrifera has powerful immune-modulatory effects compared to three other fucoidans. Mar Drugs. 2015;13(3):1084–104. https://doi.org/10.3390/md13031084Zhang W, Oda T, Yu Q, Jin JO. Fucoidan from Macrocystis pyrifera has powerful immune-modulatory effects compared to three other fucoidans. Mar Drugs. 2015;13(3):1084–104. https://doi.org/10.3390/md13031084Kim SY, Joo HG. Evaluation of adjuvant effects of fucoidan for improving vaccine efficacy. J Vet Sci. 2015;16(2):145–50. https://doi.org/10.4142/jvs.2015.16.2.145Kim SY, Joo HG. Evaluation of adjuvant effects of fucoidan for improving vaccine efficacy. J Vet Sci. 2015;16(2):145–50. https://doi.org/10.4142/jvs.2015.16.2.145Ikewaki N, Dedeepiya VD, Raghavan K, Rao KS, Vaddi S, Osawa H, et al. β-glucan vaccine adjuvant approach for cancer treatment through immune enhancement (B–VACCIEN) in specific immunocompromised populations (Review). Oncol Rep. 2022;47(1):14. https://doi.org/10.3892/or.2021.8225Ikewaki N, Dedeepiya VD, Raghavan K, Rao KS, Vaddi S, Osawa H, et al. β-glucan vaccine adjuvant approach for cancer treatment through immune enhancement (B–VACCIEN) in specific immunocompromised populations (Review). Oncol Rep. 2022;47(1):14. https://doi.org/10.3892/or.2021.8225Pifferi C, Fuentes R, Fernández-Tejada A. Natural and synthetic carbohydrate-based vaccine adjuvants and their mechanisms of action. Nat Rev Chem. 2021;5(3):197–216. https://doi.org/10.1038/s41570020-00244-3Pifferi C, Fuentes R, Fernández-Tejada A. Natural and synthetic carbohydrate-based vaccine adjuvants and their mechanisms of action. Nat Rev Chem. 2021;5(3):197–216. https://doi.org/10.1038/s41570020-00244-3Seder RA, Hill AV. Vaccines against intracellular infections requiring cellular immunity. Nature. 2000;406(6797):793–8. https://doi.org/10.1038/35021239Seder RA, Hill AV. Vaccines against intracellular infections requiring cellular immunity. Nature. 2000;406(6797):793–8. https://doi.org/10.1038/35021239McKee AS, Munks MW, Marrack P. How do adjuvants work? Important considerations for new generation adjuvants. Immunity. 2007;27(5):687–90. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2007.11.003McKee AS, Munks MW, Marrack P. How do adjuvants work? Important considerations for new generation adjuvants. Immunity. 2007;27(5):687–90. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2007.11.003Coffman RL, Sher A, Seder RA. Vaccine adjuvants: putting innate immunity to work. Immunity. 2010;33(4):492–503. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2010.10.002Coffman RL, Sher A, Seder RA. Vaccine adjuvants: putting innate immunity to work. Immunity. 2010;33(4):492–503. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2010.10.002Mathers AR, Cuff CF. Role of interleukin-4 (IL-4) and IL-10 in serum immunoglobulin G antibody responses following mucosal or systemic reovirus infection. J Virol. 2004;78(7):3352–60. https://doi.org/10.1128/jvi.78.7.3352-3360.2004Mathers AR, Cuff CF. Role of interleukin-4 (IL-4) and IL-10 in serum immunoglobulin G antibody responses following mucosal or systemic reovirus infection. J Virol. 2004;78(7):3352–60. https://doi.org/10.1128/jvi.78.7.3352-3360.2004Gherardi RK, Eidi H, Crépeaux G, Authier FJ, Cadusseau J. Biopersistence and brain translocation of aluminum adjuvants of vaccines. Front Neurol. 2015;6:4. https://doi.org/10.3389/fneur.2015.00004Gherardi RK, Eidi H, Crépeaux G, Authier FJ, Cadusseau J. Biopersistence and brain translocation of aluminum adjuvants of vaccines. Front Neurol. 2015;6:4. https://doi.org/10.3389/fneur.2015.00004

The authors declare that there are no conflicts of interest present.