The role of polyamines in noninvasive diagnosis of placenta-associated pregnancy complications

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Relevance: Polyamines are organic molecules involved in regulating systemic inflammatory responses, cell growth, and cell division. Noninvasive diagnosis of fetal growth restriction (FGR) and preeclampsia (PE) with determination of urinary polyamine levels is a promising method for the prediction, early detection, and monitoring of obstetric complications.

Objective: To investigate the characteristics of urine polyamine profiles in pregnant women with FGR and PE in order to identify biomarkers with prognostic and diagnostic potential.

Materials and methods: This study analyzed urine polyamines obtained from 73 pregnant women. The PE group included 22 pregnant women, the FGR group included 30 women, and the control group included 21 healthy women without pregnancy-related complications. Polyamine levels were determined by liquid chromatography with mass spectrometric detection.

Results: The study identified significant multidirectional changes in the metabolites studied, depending on obstetric complications (PE or FGR). For putrescine and its ketone derivative N-acetylputrescine, the change was statistically significant; however, while putrescine levels were higher in both the PE and FGR groups than in the control group, N-acetylputrescine levels were lower in both pathology groups, with slightly higher concentrations in the PE group (p=0.05). Compared to the controls, the level of 1,7-diaminoheptane was increased in patients with FGR and decreased in patients with PE (p = 0.04). For the timely verification of placenta-associated pregnancy complications based on the established levels of urine polyamines, predictive models were built with a high sensitivity of 1 (1; 1) and specificity of 1 (1; 1), with an area under the AUC curve of 1 and a threshold value of 0.5.

Conclusion: Noninvasive determination of the level of urine polyamines during FGR and PE over time may become an important marker of the severity of these pregnancy complications and help in choosing the management strategy and timing of delivery in this cohort of patients.

About the authors

Aida P. Gasanbekova

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: aidoxxa21@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2882-8163

Postgraduate Student

Russian Federation, 117997, Moscow, Ac. Oparina str., 4

Natalia A. Frankevich

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Author for correspondence.
Email: natasha-lomova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6090-586X

PhD, Senior Researcher

Russian Federation, 117997, Moscow, Ac. Oparina str., 4

Vitaliy V. Chagovets

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: vvchagovets@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5120-376X

PhD in Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher at the Laboratory of Proteomics and Metobolomics of the Human Reproduction

Russian Federation, 117997, Moscow, Ac. Oparina str., 4

Alisa O. Tokareva

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: alisa.tokareva@phystech.edu

Specialist at the Laboratory of Proteomics and Metobolomics of the Human Reproduction

Russian Federation, 117997, Moscow, Ac. Oparina str., 4

Julia N. Kachikowski

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: natasha-lomova@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0008-2324-6106

2nd year Resident in Obstetrics and Gynecology

 

Russian Federation, 117997, Moscow, Ac. Oparina str., 4

Anastasia V. Novoselova

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: a_novoselova@oparina4.ru

PhD, Laboratory of Metabolomics and Bioinformatics

 

Russian Federation, 117997, Moscow, Ac. Oparina str., 4

Tamara E. Karapetyan

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: tomamed02@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0025-3182

Dr.Med. Sci., Senior Researcher at the Obstetrics Department

Russian Federation, 117997, Moscow, Ac. Oparina str., 4

References

  1. Clinton C.M., Bain J.R., Muehlbauer M.J., Li Y., Li L., O'Neal S.K. et al. Non-targeted urinary metabolomics in pregnancy and associations with fetal growth restriction. Sci. Rep. 2020; 10(1): 5307. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-020-62131-7.
  2. Погорелова Т.Н., Гунько В.О., Авруцкая В.В., Каушанская Л.В., Дурницына О.А. Нарушение плацентарного обменах аминокислот при задержке роста плода. Биомедицинская химия. 2017; 63(3): 266-71. [Pogorelova T.N., Gunko V.O., Avrutskaya V.V., Kaushanskaya L.V., Durnitsyna O.A. Impairments of placental amino acid metabolism in fetal growth restriction. Biomed. Khim. 2017; 63(3): 266-71. (in Russian)]. https://dx.doi.org/10.18097/PBMC20176303266.
  3. Dai C., Fei Y., Li J., Shi Y., Yang X. A novel review of homocysteine and pregnancy complications. Biomed. Res. Int. 2021; 2021: 6652231. https://dx.doi.org/10.1155/2021/6652231.
  4. Kramer M.S., Kahn S.R., Dahhou M., Otvos J., Genest J., Platt R.W., Evans R.W. Maternal lipids and small for gestational age birth at term. J. Pediatr. 2013; 163(4): 983-8. https://dx.doi.org/10.1016/j.jpeds.2013.05.014.
  5. Cohen J.M., Beddaoui M., Kramer M.S., Platt R.W., Basso O., Kahn S.R. Maternal antioxidant levels in pregnancy and risk of preeclampsia and small for gestational age birth: a systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2015; 10(8): e0135192. https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0135192.
  6. Thévenot E.A., Roux A., Xu Y., Ezan E., Junot C. Analysis of the human adult urinary metabolome variations with age, body mass index, and gender by implementing a comprehensive vorkflow for univariate and OPLS statistical analyses. J. Proteome Res. 2015; 14(8): 3322-35. https://dx.doi.org/10.1021/acs.jproteome.5b00354.
  7. Gugliucci A. Polyamines as clinical laboratory tools. Clinica Chimica Acta. 2004; 344(1-2): 23-35. https://dx.doi.org/10.1016/j.cccn.2004.02.022.
  8. Zhang M., Wang H., Tracey K.J. Regulation of macrophage activation and inflammation by spermine: a new chapter in an old story. Crit. Care Med. 2000; (4, Suppl.): N60-6. https://dx.doi.org/10.1097/00003246-200004001-00007.
  9. Holbert C.E., Cullen M.T., Casero R.A. Jr, Stewart T.M. Polyamines in cancer: integrating organismal metabolism and antitumour immunity. Nat. Rev. Cancer. 2022; 22(8): 467-80. https://dx.doi.org/10.1038/s41568-022-00473-2.
  10. Jänne J., Pösö H., Raina A. Polyamines in rapid growth and cancer. Biochim. Biophys. Acta. 1978; 473(3-4): 241-93. https://dx.doi.org/10.1016/0304-419x(78)90015-x.
  11. Miller-Fleming L., Olin-Sandoval V., Campbell K., Ralser M. Remaining mysteries of molecular biology: the role of polyamines in the cell. J. Mol. Biol. 2015; 427(21): 3389-406. https://dx.doi.org/10.1016/J.JMB.2015.06.020.
  12. Handa A.K., Fatima T., Mattoo A.K. Polyamines: bio- molecules with diverse functions in plant and human health and disease. Front. Chem. 2018; 6: 10. https://dx.doi.org/10.3389/FCHEM.2018.00010.
  13. Raina A., Jänne J. Physiology of the natural polyamines putrescine, spermidine and spermine. Med. Biol. 1975; 53(3): 121-47.
  14. Rider J.E., Hacker A., Mackintosh C.A., Pegg A.E., Woster P.M., Casero R.A. Jr. Spermine and spermidine mediate protection against oxidative damage caused by hydrogen peroxide. Amino Acids. 2007; 33(2): 231-40. https://dx.doi.org/10.1007/S00726-007-0513-4.
  15. Kwiatkowski S., Dołegowska B., Kwiatkowska E., Rzepka R., Marczuk N., Loj B., Torbè A. Maternal endothelial damage as a disorder shared by early preeclampsia, late preeclampsia and intrauterine growth restriction J. Perinat. Med. 2017; 45(7): 793-802. https://dx.doi.org/10.1515/jpm-2016-0178.
  16. Dasdelen D., Cetin N., Menevse E., Baltaci A.K., Mogulkoc R. Effects of putrescine on oxidative stress, spermidine/spermine-N(1)-acetyltransferase, inflammation and energy levels in liver and serum in rats with brain ischemia-reperfusion. Physiol. Int. 2023; 17; 110(1): 34-45. https://dx.doi.org/10.1556/2060.2022.00138.
  17. Johnsson I.W., Naessen T., Ahlsson F., Gustafsson J. High birth weight was associated with increased radial artery intima thickness but not with other investigated cardiovascular risk factors in adulthood. Acta Paediatrica. 2018; 107(12): 2152-7. https://dx.doi.org/10.1111/apa.14414.
  18. Lee Y., Kim H.K., Park H.E., Park M.H., Joe Y.A. Effect of N1-guanyl-1,7-diaminoheptane, an inhibitor of deoxyhypusine synthase, on endothelial cell growth, differentiation and apoptosis. Mol. Cell. Biochem. 2002; 237(1-2): 69-76. https://dx.doi.org/10.1023/a:1016535217038.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig.1.

Download (110KB)
3. Fig.2.

Download (209KB)
4. Fig.3.

Download (190KB)

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».