Selective inhibition of cyclooxygenase-2 by C-phycocyanin, a biliprotein from Spirulina platensis

We report data from two related assay systems (isolated enzyme assays and whole blood assays) that C-phycocyanin a biliprotein from Spirulina platensis is a selective inhibitor of cyclooxygenase-a (COX-2) with a very low IC50 COX-2/IC50 COX-1 ratio (0.04). The extent of inhibition depends on the period of preincubation of phycocyanin with COX-2, but without any effect on the period of preincubation with COX-1. The IC50 value obtained for the inhibition of COX-2 by phycocyanin is much lower (180 nM) as compared to those of celecoxib (255 nM) and rofecoxib (401 nM), the well-known selective COX-2 inhibitors. In the human whole blood assay, phycocyanin very efficiently inhibited COX-2 with an IC50 value of 80 nM. Reduced phycocyanin and phycocyanobilin, the chromophore of phycocyanin are poor inhibitors of COX-2 without COX-2 selectivity. This suggests that apoprotein in phycocyanin plays a key role in the selective inhibition of COX-2. The present study points out that the hepatoprotective, anti-inflammatory, and anti-arthritic properties of phycocyanin reported in the literature may be due, in part, to its selective COX-2 inhibitory property, although its ability to efficiently scavenge free radicals and effectively inhibit lipid peroxidation may also be involved. (C) 2000 Academic Press.

The recombinant beta subunit of C-phycocyanin inhibits cell proliferation and induces apoptosis

C-Phycocyanin (C-PC) from blue-green algae has been reported to have various pharmacological characteristics, including antiinflammatory and anti-tumor activities. In this study, we expressed the beta-subunit of C-PC (ref to as C-POP) in Escherichia coli. We found that the recombinant C-PC/beta has anti-cancer properties. Under the treatment of 5 mu M of the recombinant C-PC/beta, four different cancer cell lines accrued high proliferation inhibition and apoptotic induction. Substantially, a lower response occurred in non-cancer cells. We investigated the mechanism by which C-PC/beta inhibits cancer cell proliferation and induces apoptosis. We found that the C-PC/beta interacts with membrane-associated beta-tubulin and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). Under the treatment of the C-PC/beta, depolymerization of microtubules and actin-filaments were observed. The cells underwent apoptosis with an increase in caspase-3, and caspase-8 activities. The cell cycle was arrested at the G0/G1 phase under the treatment of C-PC/beta. In addition, the nuclear level of GAPDH decreased significantly. Decrease in the nuclear level of GAPDH prevents the cell cycle from entering into the S phase. Inhibition of cancer cell proliferation and induction of apoptosis may potentate the C-POP as a promising cancer prevention or therapy agent. (c) 2006 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Comparative studies on the efficiency of energy transfer of two R-phycoerythrin-C-phycocyanin conjugates constructed from sodium periodate and glutaraldehyde respectively

The C-phycocyanin and the R-phycoerythrin were purified from the blue-green alga Spirulina platensis and red alga Polysiphonia urceolata respectively. Both sodium periodate and glutaraldehyde are effective coupling agents being capable of constructing the R-phycoerythrin-C-phycocyanin conjugate, which was also called phycobiliproteins energy transfer model. The two artificial conjugates constructed with different methods were purified by Sephadex G-200 chromatography respectively. Spectra analysis indicated that energy transfer occurred in the two conjugates. The conjugate with sodium periodate had the higher efficiency of energy transfer than that with glutaraldehyde conjugate.

Spectroscopic properties of the C-phycocyanin-allophycocyanin conjugate and the isolated phycobilisomes from Spirulina platensis

C-phycocyanin (CPC) and allophycocyanin (APC) were purified from Spirulina platensis, then the CPC was attached covalently to the APC by reacting their epsilon-amino groups. The excitation energy could be transferred from the CPC to the APC in the CPC-APC conjugate. Intact phycobilisomes (PBS), consisting of CPC, APC, colourless linker polypeptides, and APC B or L-cm, were isolated from S. platensis. Spectroscopic properties of the isolated PBSs kept at 20 degrees C for various times showed that the connection between the APC and the APC B or L-cm was looser than that between the CPC and the APC in the isolated PBSs. The CPC-APC conjugate was more stable than the isolated PBSs, and the linker polypeptides had a minor influence on the excitation energy transfer characteristic between different phycobiliproteins in the PBS.

Study on the structure of C-phycocyanin in Spirulina platensis with scanning tunneling microscope

The C-phycocyanin (C-PC) trimmer was isolated from the blue-green alga Spirulina platensis, and scanning tunnelling microscope (STM) was used to investigate its structure, High resolution STM images of C-PC were obtained. From the STM images, it could be observed that the C-PC molecules were disk-like in shape and the subunits of C-PC arranged in ring-like pattern with a channel in the center. After filter treatment, the folding of the polypeptide chains could be. seen clearly. This is the first time to observe directly the topography of phycobiliprotein, and the results showed STM to be a powerful tool for the structural study of phycobiliproteins.

INVESTIGATION OF C-PHYCOCYANIN FROM BLUE-GREEN-ALGA SPIRULINA-PLATENSIS WITH SCANNING TUNNELING MICROSCOPE

C-phycocyanin (C-PC) was isolated from blue-green alga spirulina platensis. A scanning tunneling microscope (STM) has been used to investigate its three-dimensional structure. The samples were dialyzed before the STM experiment, and then deposited on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). The measurement was carried out in ambient condition at room temperature. STM images showed that C-phycocyanin was uniformly distributed on solid-state substrate HOPG. The shape of C-phycocyanin is disklike with a channel in the center. It is concluded that STM has great potential to observe the structure of biliproteins and phycobilisomes.

Large-scale recovery of C-phycocyanin from Spirulina platensis using expanded bed adsorption chromatography

C-phycocyanin was purified on a large scale by a combination of expanded bed adsorption, anion-exchange chromatography and hydroxyapatite chromatography from inferior Spirulina platensis that cannot be used for human consumption. First, phycobiliproteins were extracted by a simple, scaleable method and then were recovered by Phenyl-Sepharose chromatography in an expanded bed column. The purity (the A(620)/A(280) ratio) of C-phycocyanin isolated with STREAMLINE (TM) Column was up to 2.87, and the yield was as high as 31 mg/g of dried S. platensis. After the first step, we used conventional anion-exchange chromatography for the purification steps, with a yield of 7.7 mg/g of dried S. platensis at a purity greater than 3.2 and with an A(620)/A(650) index higher than 5.0. The fractions from anion-exchange chromatography with a level of purity that did not conform to the above standard were subjected to hydroxyapatite chromatography, with a C-PC yield of 4.45 mg/g of dried S. platensis with a purity greater than 3.2. The protein from both purification methods showed one absolute absorption peak at 620 nm and a fluorescence maximum at 650 nm, which is consistent with the typical spectrum of C-phycocyanin. SDS-PAGE gave two bands corresponding to 21 and 18 kDa. In-gel digestion and LC-ESI-MS showed that the protein is C-phycocyanin. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Spectral changes of C-phycocyanin with different molar ratios of SPDP

Pure C-phycocyanin was prepared from Spirulina platensis using one-step anion-exchange chromatography. The C-PC obtained was with an absorption maximum at 620 nm and a fluorescence emission maximum at 640 nm when excited by 580 nm. SPDP is an excellent heterobifunctional crosslinker for thiolating amines. Different molar ratios of SPDP have remarkable influence on the absorption and fluorescence spectra of C-phycocyanin. The absorption maximum and fluorescence emission maximum both decreased and blue-shifted from 640 run to 630 nm as the molar ratios of SPDP increased. It was found that the molar ratios of SPDP to C-phycocyanin was not more than 100 was appropriate to being conjugated with other biomolecules from the absorption and fluorescence spectra of C-phycocyanin.

C-Phycocyanin protects SH-SY5Y cells from oxidative injury, rat retina from transient ischemia and rat brain mitochondria from Ca2+/phosphate-induced impairment

Oxidative stress and mitochondrial impairment are essential in the ischemic stroke cascade and eventually lead to tissue injury. C-Phycocyanin (C-PC) has previously been shown to have strong antioxidant and neuroprotective actions. In the present study, we assessed the effects of C-PC on oxidative injury induced by tert-butylhydroperoxide (t-BOOH) in SH-SY5Y neuronal cells, on transient ischemia in rat retinas, and in the calcium/phosphate-induced impairment of isolated rat brain mitochondria (RBM). In SH-SY5Y cells, t-BOOH induced a significant reduction of cell viability as assessed by an MTT assay, and the reduction was effectively prevented by treatment with C-PC in the low micromolar concentration range. Transient ischemia in rat retinas was induced by increasing the intraocular pressure to 120 mmHg for 45 min, which was followed by 15 min of reperfusion. This event resulted in a cell density reduction to lower than 50% in the inner nuclear layer (INL), which was significantly prevented by the intraocular pre-treatment with C-PC for 15 min. In the RBM exposed to 3 mM phosphate and/or 100 mu M Ca2+, C-PC prevented in the low micromolar concentration range, the mitochondrial permeability transition as assessed by mitochondrial swelling, the membrane potential dissipation, the increase of reactive oxygen species levels and the release of the pro-apoptotic cytochrome c. In addition, C-PC displayed a strong inhibitory effect against an electrochemically-generated Fenton reaction. Therefore, C-PC is a potential neuroprotective agent against ischemic stroke, resulting in reduced neuronal oxidative injury and the protection of mitochondria from impairment. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Highly soluble and stable recombinant holo-phycocyanin alpha subunit expressed in Escherichia coli

C-phycocyanin (Cpc) is one of the phycobiliproteins with highly fluorescent and various pharmacological activities Holo-Cpc-alpha Subunit (holo-CpcA) expressed in Escherichia colt resulted in low yield and tended to aggregate after purification in this Study, we constructed a new plasmid coding holo-CpcA fused with hexahistidine and maltose-binding protein tag, which designated as HMCpcA. to Improve Its Solubility and stability without the Impairment of its spectra anti fluorescent properties HMCpcA was significantly more stable over time and a wider range of pH as compared to holo-CpcA. In addition. both the solubility and yields of HMCpcA increase significantly We here provided an example to demonstrate that MBP could also Improve the stability of the protein it fused while it has been reported as a soluble fusion partner before. This novel fluorescent protein will facilitate the large-scale production and be potentially applicable for the development Of fluorescent probes, as well as antioxidant agents (C) 2009 Elsevier B V. All rights reserved

Purificação de C-ficocianina e sua incorporação em nanofibras

C-ficocianina (C-FC) é uma ficobiliproteína, de cor natural azul, com diversas aplicações na indústria alimentícia, farmacêutica e biomédica, dependendo do seu grau específico de pureza, que pode variar de 0,7 a 4,0, com respectivo aumento de seu valor comercial. Essa pureza é alcançada através de diversas técnicas de purificação, que podem ser aplicadas em diferentes sequências. Um destes processos de purificação de proteínas baseia-se na cromatografia de troca iônica, que utiliza trocadores que adsorvem as proteínas como resultado de interações iônicas entre a superfície da proteína e o trocador. Resinas e colunas de leito expandido podem ser utilizadas para aumentar a produtividade dessa técnica. É fundamental conhecer o perfil do processo de adsorção, para melhor aplicá-lo como ferramenta para o design e otimização de parâmetros operacionais. Outra tecnologia para o tratamento de biomoléculas é a ultrafiltração. Esta técnica é aplicável em larga escala, apresenta baixa complexidade de aplicação e pode ser realizada em condições brandas, minimizando o dano para o produto. Para aumentar a estabilidade da C-FC, e facilitar a sua aplicação, podem ser avaliadas técnicas recentes, não exploradas para este fim, como as nanofibras obtidas através do processo de electrospinning. Estas fibras possuem uma área superficial específica extremamente elevada devido a seu pequeno diâmetro. O objetivo deste trabalho foi avaliar parâmetros de adsorção e diferentes técnicas para purificação de C-ficocianina de Spirulina platensis e obter nanofibras poliméricas incorporadas de C-ficocianina. O trabalho foi dividido em quatro artigos. No primeiro artigo, foram avaliados os parâmetros e as isotermas de adsorção de C-ficocianina em resina de troca iônica para leito expandido Streamline® DEAE. Verificou-se que o maior coeficiente de partição foi obtido em pH 7,5, nas temperaturas de 15 e 25 °C. As isotermas de adsorção da Cficocianina foram bem representadas pelos modelos de Langmuir, de Freundlich e de Langmuir-Freundlich, sendo os valores estimados para Qm e Kd obtidos pela isoterma de Langmuir foram, respectivamente, 33,92 mg.mL-1 e 0,123 mg.mL-1, respectivamente. No segundo artigo foi avaliada a purificação de C-FC até grau alimentar, utilizando ultrafiltração (UF). Com a membrana de 50 kDa, identificou-se que somente a temperatura e a aplicação de diferentes ciclos de diafiltração (DF) causaram influência significativa sobre a purificação e recuperação da C-ficocianina. Foram então aplicados o aumento gradativo da quantidade de ciclos, e a diafiltração previamente à ultrafiltração (DF/UF), onde obteve-se um extrato de Cficocianina com pureza de 0,95. No terceiro artigo foram propostos processos de purificação, envolvendo a utilização das diferentes técnicas para obtenção de C-FC com diferentes purezas. Determinou-se que a partir de cromatografia de troca iônica em leito fixo seguido de DF/UF, obtém-se C-FC para uso em cosméticos e a partir de precipitação com sulfato de amônio, e DF/UF obtém-se C-FC para uso em biomarcadores. Com uma sequência de precipitação com sulfato de amônio, DF/UF e cromatografia de troca iônica em leito fixo chega-se a C-FC de grau analítico. No último artigo, C-FC foi incorporada a nanofibras de óxido de polietileno (PEO) através de processo de electrospinning. Foram determinadas a condutividade da solução de C-FC/PEO, a estrutura e comportamento termogravimétrico das nanofibras formadas. Soluções de polímeros com concentração de 6 e 8% proporcionaram a formação de nanofibras com diâmetro médio inferior a 800 nm, homogêneas, sem a presença de gotas. A análise termogravimétrica identificou aumento na resistência térmica da C-FC incorporada nas fibras.

Ação fotodinâmica da C-Ficocianina, pigmento extraído da Spirulina platensis, nas linhagens tumorais humanas K562 (não MDR) e K562 – Lucena 1 (MDR)

A C-ficocianina (C-FC), um pigmento comum nas cianobctérias e um dos mais abundantes constituintes da Spirulina platensis, vem sendo estudada por possuir várias propriedades como antioxidante, hepatoprotetora, antiinflamatória e inibidora da enzima COX-2. Alguns autores atribuem também a C-FC um efeito oxidante quando ela é o agente fotossensibilizante utilizado na terapia fotodinâmica (TFD), podendo ser um importante agente no tratamento do câncer. Entretanto ainda pouco se sabe sobre a ação da C-FC, como substância fotosensibilizante, no tratamento de ação fotodinâmica (AFD) em modelos biológicos. A AFD provoca a fotooxidação de substratos biológicos através da geração de espécies reativas de oxigênio produzidas pela associação entre um determinado comprimento de onda, uma substância fotosensível e oxigênio. Existem dois caminhos que levam a morte celular pelo processo de fotooxidação conhecidos como mecanismo do tipo I e tipo II. No mecanismo tipo I são gerados radicais como o radical ânion superóxido e radical hidroxila, enquanto no mecanismo do tipo II a espécie reativa de oxigênio gerada é o oxigênio singlete (1O2). A TFD da C-PC possui muitas vantagens em relação ao uso das hematoporfirinas e seus derivados, como rápida preparação e fácil purificação, ampla faixa de absorção do UV e visível, nenhum efeito local, e significativa redução da fotosensibilidade em tecidos normais por ter uma rápida metabolização em vivo. As pesquisas que avaliam os possíveis efeitos celulares da AFD têm sido também estendidas para as células tumorais que adquirem fenótipo de resistência a múltiplas drogas (MDR). A MDR é um fenômeno no qual células tumorais, selecionadas resistentes a um agente quimioterápico, adquirem resistência a outras drogas, 5 aparentemente não relacionadas. O fenótipo MDR é multifatorial, mas o mecanismo melhor estudado é a super expressão da glicoproteína-P, que é uma proteína de membrana capaz de fazer a extrusão de quimioterápicos para fora de célula. Com isso o objetivo deste estudo é avaliar a sensibilidade das linhagens celulares que expressem (Lucena) ou não (K562) o fenótipo MDR à AFD do pigmento C-FC, extraído da cianobactéria S. platensis, e propor um possível mecanismo de ação. A extração da C-PC foi feita no Laboratorio de Microbiologia e Engenharia de Bioprocesos (FURG). Diferentes concentrações de C-PC (0.025, 0.05, 0.10, 0.20 e 0.40 mg/ml para os testes de PDA da C-PC e 0.05, 0.10, 0.20, 0.40 e 0.60 mg/ml para os testes no escuro) foram usadas. O número de células viáveis foi avaliada imediatamente, 24 h e 48 h após o tratamento com C-PC ou PDA da C-PC através de exclusão por azul de trypan. A concentração de 0.05 mg/ml foi utilizada para determinar o possível papel da Pgp na resposta da linhagem Lucena e a concentração de 0.10 mg/ml foi utilizada nos testes de peroxidação lipídica (LPO), de produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e quantificação de apoptose/necrose. A PDA da CPC causou uma diminuição no número de células viáveis em ambas linhagens K562 (não MDR) e Lucena (MDR), sendo que a linhagem MDR foi menos sensível que a não MDR. Já nos testes realizados no escuro, nenhuma toxicidade foi encontrada para as duas linhagens. Nenhuma alteração na resistência da linhagem Lucena foi encontrada quando o modulador verapamil foi colocado durante o tratamento de APD com C-PC e até às 48h de acompanhamento após o tratamento. Também não foi encontrada diferença significativa de lipoperoxidação (LPO) mas houve uma tendência de aumento na produção de ROS, que foi mais evidente na linhagem K562. Além disso a linhagem Lucena apresentou uma produção basal de ROS significativamente maior que a K562. Nos testes de apoptose/necrose nenhuma diferença foi encontrada entre as células controle e tratadas em ambas linhagens. Os resultados encontrados neste estudo sugerem que a C-PC possa ser um potente agente fotosensibilizante, tanto para linhagens não MDR quanto para linhagens MDR e também que o mecanismo tipo II esteja envolvido em maior parte no efeito observado na PDA da C-PC, mas uma menor participação do mecanismo tipo I não pode ser descartada. 

Isolation, properties and spatial site analysis of gamma subunits of B-phycoerythrin and R-phycoerythrin

Polysiphonia urceolata R-phycoerythrin and Porphyridium cruentum B-phycoerythrin were degraded with proteinaseK, and then the nearly native gamma subunits were isolated from the reaction mixture. The process of degradation of phycoerythrin with proteinaseK showed that the gamma subunit is located in the central cavity of (alpha beta)(6) hexamer of phycoerythrin. Comparative analysis of the spectra of the native phycoerythrin, the phycoerythrin at pH 12 and the isolated gamma subunit showed that the absorption peaks of phycoerythrobilins on alpha or beta subunit are at 535 nm (or 545 nm) and 565 nm, the fluorescence emission maximum at 580 nm; the absorption peak of phycoerythrobilins on the isolated gamma subunit is at 589 nm, the fluorescence emission peak at 620 nm which overlaps the absorption maximum of C-phycocyanin and perhaps contributes to the energy transfer with high efficiency between phycoerythrin and phycocyanin in phycobilisome; the absorption maximum of phycourobilin on the isolated gamma subunit is at 498 nm, which is the same as that in native phycoerythrin, and the fluorescence emission maximum at 575 nm.