Determination of the basal level of the DPP-4 enzyme in different types of laboratory animals

Original article
УДК 577.15;54.066;615.07;615.25
DOI: 10.57034/2618723X-2023-01-05

T.N. Barybina*,
Research Fellow, laboratory of linked immunosorbent assay,
https://orcid.org/0000-0002-7428-9092
N.M. Faustova,
PhD, Head of the laboratory of linked immunosorbent assay,
https://orcid.org/0000-0002-6866-5741

Research and manufacturing company “Home оf Pharmacy”,
188663, Russia, Leningrad oblast, Vsevolozhskiy district, Kuzmolovskiy t.s., Zavodskaya st. 3–245.

* Е-mail: [email protected]

Keywords: preclinical research determination of dipeptidyl peptidase-4 activity validation laboratory animals biomarkers of diabetes
Acknowledgements

The study was performed without external funding.

For citation:

Barybina T.N., Faustova N.M. Determination of the basal level of the DPP-4 enzyme in different types of laboratory animals. Laboratory Animals for Science. 2023; 1. https://doi.org/10.57034/2618723X-2023-01-05

Abstract

The search and development of new drugs capable of supporting pancreatic function do not lose their relevance.

One of the key steps in the development of the DPP-4 inhibitor drug is to evaluate its effectiveness in biological models at the preclinical research. Determination of enzyme activity DPP-4 is also of interest as a biomarker of forming of diabetes (the second or mixed type) of laboratory animals.

The aim of this research was development and validation a method for determining the activity of the DPP-4 enzyme in animals’ biomaterial, assessment of its basal level for laboratory animals (rats, mice, degus, gerbils, rabbits, mini pigs) and also comparison of DPP4 enzyme activity in blood serum of mini pigs’ at the age of 2, 7 and 9 months old, 1 and 2 years old, older than 3 years old.

The method is based on DPP-4 cleavage of Gly-Pro-p-nitroanilide (specific chromogenic substrate) to release p-nitroaniline, which is detected at the wavelength of 405 nm.

The article provides the validation characteristics of the method. The linearity of determination of p-nitroaniline in plasma/serum was 0.025–0.30 μmol/ml, The linearity of the determination of DPP-4 activity was 2.0–16.2 U/L.The relative error for a measure of accuracy was 2.7–14.9%, for lower limit of quantification (LLOQ=2.0 IU/L) was 19.7%. The precision ranged 5.5–12.3%, for LLOQ — 15.8%.

The obtained data of the activity of DPP-4 in serum/plasma of rats (8.7–12.3 IU/L), gerbils (11.5–20.6 ME/L), degu (18.3–46.3 IU/L), rabbits (16.3–33.3 IU/L) are close to the values characteristic of humans (15.9–42.0 IU/L). The activity of DPP-4 in the plasma of mice is slightly lower than in humans, 5.8–8.3 ME/L.

Currently, there is increasing interest in the use of models of metabolic disorders in mini pigs, since this test system is similar to the human body.

The activity of DPP-4 in the serum of sexually mature dwarf pigs (9 months — 2 years) was 5.4–12.9 IU/L.It was established mini pigs are characterized by age-related changes in DPP-4 activity, as well as in humans: a decrease of DPP-4 activity from 7.1–18.8 IU/L (2 months) to 3.8–7.8 IU/L (3–6 years).

The data from this article may be the theoretical basis when choosing a test system for preclinical studies.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest requiring disclosure in this article.

Authors contribution

T.N. Barybina — sample testing, analysis of scientific and methodological literature, collection and systematization of experimental data, statistical data processing, drafting and editing of the article.
N.M. Faustova — idea of the research, development and validation of the method, samples testing and the responsibility for all aspects of the work related to the reliability of data.

References

  1. Шестакова М.В., Викулова О.К. Современные возможности фармакотерапии сахарного диабета 2 типа при помощи аналогов глюкагоноподобного пептида-1 (ГПП-1) // Сахарный диабет. 2007. Т. 10. № 1. С. 9–15. [Shestakova M.V., Vikulova O.K. Sovremennye vozmozhnosti farmakoterapii sakharnogo diabeta 2 tipa pri pomoshchi analogov glyukagonopodobnogo peptida-1 (GPP-1) // Sakharnyi diabet. 2007. Vol. 10. N. 1. P. 9–15. (In Russ.)]. DOI: 10.14341/2072-0351-5908.
  2. Скворцов В.В., Тумаренко А.В. Современные аспекты фармакотерапии сахарного диабета 2 типа — фокус на ингибиторы ДПП-4 // Качественная Клиническая Практика. 2012. № 1. С. 76–82. [Skvortsov V.V., Tumarenko A.V. Sovremennye aspekty farmakoterapii sakharnogo diabeta 2 tipa — fokus na ingibitory DPP-4 // Kachestvennaya Klinicheskaya Praktika. 2012. N. 1. P. 76–82. (In Russ.)].
  3. Виллхауэр Э. Вилдаглиптин: первый инновационный ингибитор ДПП-4 // Сахарный диабет. 2010. Т. 13. № 3. С. 118–120. [Villkhauehr EH. Vildagliptin: pervyi innovatsionnyi ingibitor DPP-4 // Sakharnyi diabet. 2010. Vol. 13. N. 3. P. 118–120. (In Russ.)]. DOI: 10.14341/2072-0351-54993.
  4. Панькив В.И. Инкретины: новая веха в лечении сахарного диабета 2-го типа. Возможности ситаглиптина в достижении компенсации сахарного диабета 2-го типа // Международный эндокринологический журнал. 2011. Т. 6. № 38. С. 72–82. [Pan’kiv V.I. Inkretiny: novaya vekha v lechenii sakharnogo diabeta 2-go tipa. Vozmozhnosti sitagliptina v dostizhenii kompensatsii sakharnogo diabeta 2-go tipa // Mezhdunarodnyi ehndokrinologicheskii zhurnal. 2011. Vol. 6. N. 38. P. 72–82. (In Russ.)].
  5. Дедов И.И., Яшков Ю.И., Ершова Е.В. Инкретины и их влияние на течение сахарного диабета 2 типа у пациентов с морбидным ожирением после бариатрических операций // Ожирение и метаболизм. 2012. Т. 9. № 2. С. 3–10. [Dedov I.I., Yashkov U.I., Ershova E.V. Inkretiny i ikh vliyanie na techenie sakharnogo diabeta 2 tipa u patsientov s morbidnym ozhireniem posle bariatricheskikh operatsii // Ozhirenie i metabolizm. 2012. Vol. 9. N. 2. P. 3–10. (In Russ.)]. DOI: 10.14341/omet201223-10.
  6. Higgins P.J., Garlick R.L., Bunn H.F. Glycosylated Hemoglobin In Human And Animal Red Cells. Role Of Glucose Permeability // Diabetes. 1982. Vol. 31. P. 744–748.
  7. Таран А.С., Чепляева Н.И. Методы оценки дипептидилпептидаза-4 ингибирующей активности in vitro // Волгоградский научно-медицинский журнал. 2014. Т. 1. С. 26–29. [Taran A.S., Cheplyaeva N.I. Metody otsenki ipeptidilpeptidaza-4 ingibiruyushchei aktivnosti in vitro // Volgogradskii nauchno-meditsinskii zhurnal. 2014. Vol. 1. P. 26–29. (In Russ.)].
  8. Косман В.М., Фаустова Н.М., Уракова (Ампилогова) И.Н., Карлина М.Н., Макаров В.Г. Ингибирование фермента дипептидилпептидазы-4 после перорального введения кроликам экстракта гонад морских ежей (Strongylocentrotus droebahiensis) как возможный биомаркер фармакокинетики // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2020. Т. 9. № 3. С. 158–165. [Kosman V.M., Faustova N.M., Urakova (Ampilogova) I.N., Karlina M.N., Makarov V.G. Ingibirovanie fermenta dipeptidilpeptidazy-4 posle peroral’nogo vvedeniya krolikam ehkstrakta gonad morskikh ezhei (Strongylocentrotus droebahiensis) kak vozmozhnyi biomarker farmakokinetiki // Razrabotka i registratsiya lekarstvennykh sredstv. 2020. Vol. 9. N. 3. P. 158–165. (In Russ.)]. DOI: 10.33380/2305-2066-2020-9-3-158-165.
  9. Gupta R, Walunj S.S., Tokala R.K. Emerging drug candidates of dipeptidyl peptidase IV (DPP IV) inhibitor class for the treatment of type 2 diabetes // Curr. Drug Targets. 2009. Vol. 10. P. 71–87.
  10. Макарова М.Н., Макаров В.Г. Диет-индуцированные модели метаболических нарушений. Сообщение 2: экспериментальное ожирение // Лабораторные животные для научных исследований. 2018. № 2. С. 38–47. [Makarova M.N., Makarov V.G. Diet-indutsirovannye modeli metabolicheskikh narushenii. Soobshchenie 2: ehksperimental'noe ozhirenie // Laboratornye zhivotnye dlya nauchnykh issledovanii. 2018. N. 2. P. 38–47. (In Russ.)]. DOI: 10.29926/2618723X-2018-02-05.
  11. Спасов А.А., Чепляева Н.И., Ленская К.В., Снигур Г.Л. Влияние лимиглидола на ДПП-4 и морфологические особенности островкового аппарата поджелудочной железы при остеопорозотоциновом сахарном диабете // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2015. Т. 78. № 5. С. 8–12. [Spasov A.A., Cheplyaeva N.I., Lenskaya K.V., Snigur G.L. Vliyanie limiglidola na DPP-4 i morfologicheskie osobennosti ostrovkovogo apparata podzheludochnoi zhelezy pri osteoporozototsinovom sakharnom diabete // Ehksperimental’naya i klinicheskaya farmakologiya. 2015. Vo. 78. N. 5. P. 8–12. (In Russ.)]. DOI: 10.30906/0869-2092-2015-78-5-8-12.
  12. Иванова Е.А., Золотов Н.Н., Позднев В.Ф., Воронина Т.А. Активность дипептидилпептидазы IV при экссудативном воспалении у грызунов // Патогенез. 2018. Т. 16. № 1. С. 51–57. [Ivanova E.A., Zolotov N.N., Pozdnev V.F., Voronina T.A. Aktivnost’ dipeptidilpeptidazy IV pri ehkssudativnom vospalenii u gryzunov // Patogenez. 2018. Vol. 16. N. 1. P. 51–57. (In Russ.)]. DOI: 10.25557/2310-0435.2018.01.51-57.
  13. Lambeir A.M., Durinx C., Scharpé S., Meester I.D. Dipeptidyl-Peptidase IV from Bench to Bedside: An Update on Structural Properties, Functions, and Clinical Aspects of the Enzyme DPP IV // Critical Reviews in Clinical Laboratory Sciences. 2003. Vol. 40. N. 3. P. 209–294. DOI: 10.1080/713609354.
  14. Tohyama S., Kobayashi E. Age-Appropriateness of Porcine Models Used for Cell Transplantation // Cell Transplant. 2019. Vol. 28. N. 2. P. 224–228. DOI: 10.1177/0963689718817477.
  15. Koopmans S.J., Schurmann T. Considerations on pig models for appetite, metabolic syndrome and obese type 2 diabetes: From food intake to metabolic disease // Eur. J. Pharmacol. 2015. Vol. 759. P. 231–239. DOI: 10.1016/j.ejphar.2015.03.044.
  16. Engel M., Hoffmann T., Wagner L. et al. The crystal structure of dipeptidyl peptidase IV (CD26) reveals its functional regulation and enzymatic mechanism // PNAS. 2003. Vol. 100. N. 9. P. 5063–5068. DOI: 10.1073/pnas.0230620100.
  17. Михеева И.Г., Соколов О.Ю., Яковлева А.А. и др. Клиническое значение активности дипептидилпептидазы-4 в сыворотке крови новорожденных детей с церебральной ишемией // Педиатрия. 2015. Т. 94. № 1. С. 19–23. [Mikheeva I.G., Sokolov O.YU., Yakovleva A.A. et al. Klinicheskoe znachenie aktivnosti dipeptidilpeptidazy-4 v syvorotke krovi novorozhdennykh detei s tserebral’noi ishemiei // Pediatriya. 2015. Vol. 94. N. 1. P. 19–23. (In Russ.)].
  18. Deacon C.F., Hughes T.E., Holst J.J. Dipeptidyl peptidase IV inhibition potentiates the insulinotropic effect of glucagon-like peptide 1 in the anesthetized pig // Dia­betes. 1998. Vol. 47. P. 764–769. DOI: 10.2337/diabetes.47.5.764.
Received: 2022-11-14
Reviewed: 2023-02-09
Accepted for publication: 2023-02-11

You may be interested

NPO "Home of Pharmacy"

188663, Russia, Leningradskaya oblast', Vsevolozhskij rajon, g.p. Kuz'molovskij, Zavodskaya ulica, 3-245

© 2020 ООО «ИД «Русский врач»