Ukr.Biochem.J. 2014; Том 86, №3, травень-червень, c. 61-68

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj86.03.061

Участь альдегідів в оксидативному стресі в тимоцитах щура in vitro

К. О. Токарчук, О. В. Зайцева

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: kate_tokarchuk@ukr.net

За розвитку оксидативного стресу утворюються ліпідні радикали, подальша трансформація яких призводить до формування численних альдегідів, що є одним із чинників посилення постсинтетичних модифікацій протеїнів та ДНК. Мета роботи: дослідити роль альдегідів у формуванні показників оксидативного стресу в тимоцитах щура in vitro. Для цього було використано дві моделі: залізоіндукований оксидативний стрес та інкубація екзогенних альдегідів із тимоцитами.
За використання першої моделі для індук­ції оксидативного стресу суспензію тимоцитів (2×106 клітин/мл HBSS, рН 7,2) інкубували 6 годин з розчином FeSO4 (20, 30, 40 мкМ) та аскорбіновою кислотою (100 мкМ). Показано підвищення загального вмісту альдегідів в 29 разів (90 ± 6 нмоль/107 клітин; контроль 3,1 ± 0,3 нмоль/107 клітин), при цьому рівень ТБК-активних продуктів підвищується в 4,4 раза, а рівень СО-груп протеїнів – в 10 разів. Рівень мітохондріальної активності клітин зменшується в 1,5 раза, а рівень низькомолекулярних SH-груп в 2,3 раза. Застосування розчину акцептору альдегідів димедону (200 мкМ) зменшує рівень альдегідів в 3,7 раза, ТБК-активних продуктів в 1,6 раза, СО-груп протеїнів в 5 разів, при цьому мітохондріальна активність підвищується в 1,4 раза, а рівень SH-груп в 1,8 раза.
У разі застосування другої моделі суспензію тимоцитів (2×106 клітин/мл HBSS, рН 7,2) інкубували 6 год з екзогенними альдегідами: формальдегідом (ФА), гліоксалем (ГЛ) та метилгліоксалем (МГЛ) – у діапазоні концентрацій від 50 до 600 мкМ, акролеїном (АКР) – 1–15 мкМ. Рівень ТБК-активних продуктів збільшується для ФА в 1,3 раза, для інших альдегідів в 5–7 разів. Рівень СО-груп протеїнів підвищується для ФА в 3,7 раза, для МГЛ в 7 разів, для ГЛ в 13 разів, для АКР в 22 рази. Рівень SH-груп знижується для ФА в 1,5 раза, для МГЛ в 2,6 раза, для ГЛ в 3 рази, для АКР в 9 разів. Спостерігається зниження мітохондріальної активності клітин приблизно в 1,5 раза для всіх альдегідів. Одержані результати доводять безпосередню участь альдегідів у формуванні показників оксидативного стресу в тимоцитах щура.

Ключові слова: , , ,


Посилання:

  1. Fanelli SL, Maciel ME, Díaz Gómez MI, Delgado de Layño AM, Bietto FM, Castro JA, Castro GD. Further studies on the potential contribution of acetaldehyde accumulation and oxidative stress in rat mammary tissue in the alcohol drinking promotion of breast cancer. J Appl Toxicol. 2011 Jan;31(1):11-9. PubMed, CrossRef
  2. Zhu Q, Sun Z, Jiang Y, Chen F, Wang M. Acrolein scavengers: reactivity, mechanism and impact on health. Mol Nutr Food Res. 2011 Sep;55(9):1375-90. Review. PubMed, CrossRef
  3. Liu W, Kato M, Akhand AA, Hayakawa A, Suzuki H, Miyata T, Kurokawa K, Hotta Y, Ishikawa N, Nakashima I. 4-hydroxynonenal induces a cellular redox status-related activation of the caspase cascade for apoptotic cell death. J Cell Sci. 2000 Feb;113(Pt 4):635-41. PubMed
  4. Desai KM, Chang T, Wang H, Banigesh A, Dhar A, Liu J, Untereiner A, Wu L. Oxidative stress and aging: is methylglyoxal the hidden enemy? Can J Physiol Pharmacol. 2010 Mar;88(3):273-84. Review. PubMed, CrossRef
  5. Andersen ME, Clewell HJ 3rd, Bermudez E, Dodd DE, Willson GA, Campbell JL, Thomas RS. Formaldehyde: integrating dosimetry, cytotoxicity, and genomics to understand dose-dependent transitions for an endogenous compound. Toxicol Sci. 2010 Dec;118(2):716-31. PubMed, CrossRef
  6. Zhu Q, Sun Z, Jiang Y, Chen F, Wang M. Acrolein scavengers: reactivity, mechanism and impact on health. Mol Nutr Food Res. 2011 Sep;55(9):1375-90. Review. PubMed, CrossRef
  7. Radoi V., Lixandru D., Mohora M., Virgolici B. Advanced glycation end products in diabetes mellitus: mechanism of action and focused treatment. Proc. Rom. Acad., Series B. 2012;1: 9-19.
  8. Hipkiss AR. Accumulation of altered proteins and ageing: causes and effects. Exp Gerontol. 2006 May;41(5):464-73. Review. PubMed, CrossRef
  9. Liesivuori J, Savolainen H. Methanol and formic acid toxicity: biochemical mechanisms. Pharmacol Toxicol. 1991 Sep;69(3):157-63. Review. PubMed, CrossRef
  10. Mello CF, Sultana R, Piroddi M, Cai J, Pierce WM, Klein JB, Butterfield DA. Acrolein induces selective protein carbonylation in synaptosomes. Neuroscience. 2007 Jul 13;147(3):674-9. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Park YS, Misonou Y, Fujiwara N, Takahashi M, Miyamoto Y, Koh YH, Suzuki K, Taniguchi N. Induction of thioredoxin reductase as an adaptive response to acrolein in human umbilical vein endothelial cells. Biochem Biophys Res Commun. 2005 Feb 25;327(4):1058-65. PubMed, CrossRef
  12. Pocernich CB, Butterfield DA. Acrolein inhibits NADH-linked mitochondrial enzyme activity: implications for Alzheimer’s disease. Neurotox Res. 2003;5(7):515-20. PubMed, CrossRef
  13. Pocernich CB, Cardin AL, Racine CL, Lauderback CM, Butterfield DA. Glutathione elevation and its protective role in acrolein-induced protein damage in synaptosomal membranes: relevance to brain lipid peroxidation in neurodegenerative disease. Neurochem Int. 2001 Aug;39(2):141-9. PubMed, CrossRef
  14. Rabbani N, Thornalley PJ. The dicarbonyl proteome: proteins susceptible to dicarbonyl glycation at functional sites in health, aging, and disease. Ann N Y Acad Sci. 2008 Apr;1126:124-7. PubMed, CrossRef
  15. Desai KM, Chang T, Wang H, Banigesh A, Dhar A, Liu J, Untereiner A, Wu L. Oxidative stress and aging: is methylglyoxal the hidden enemy? Can J Physiol Pharmacol. 2010 Mar;88(3):273-84. Review. PubMed, CrossRef
  16. Janero DR. Malondialdehyde and thiobarbituric acid-reactivity as diagnostic indices of lipid peroxidation and peroxidative tissue injury. Free Radic Biol Med. 1990;9(6):515-40. Review. PubMed, CrossRef
  17. Hu M-L. Measurement of protein thiol groups and glutathione in plasma. Methods Enzymol. 1994;233:380–385. PubMedCrossRef
  18. Peterson GL. A simplification of the protein assay method of Lowry et al. which is more generally applicable. Anal Biochem. 1977 Dec;83(2):346-56. PubMed, CrossRef
  19. Lee CH, Tsai CM. Quantification of bacterial lipopolysaccharides by the purpald assay: measuring formaldehyde generated from 2-keto-3-deoxyoctonate and heptose at the inner core by periodate oxidation. Anal Biochem. 1999 Feb 1;267(1):161-8. PubMed, CrossRef
  20. Zaytseva OV,  Shandrenko SG. Modification of spectrophotometric method of determination of protein carbonyl groups. Ukr Biokhim Zhurn. 2012 Sep-Oct ;84(5):112-116. PubMed
  21. Rampersad SN. Multiple applications of Alamar Blue as an indicator of metabolic function and cellular health in cell viability bioassays. Sensors (Basel). 2012;12(9):12347-60. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Eiserich JP, van der Vliet A, Handelman GJ, Halliwell B, Cross CE. Dietary antioxidants and cigarette smoke-induced biomolecular damage: a complex interaction. Am J Clin Nutr. 1995 Dec;62(6 Suppl):1490S-1500S. PubMed
  23. Grafström RC, Dypbukt JM, Willey JC, Sundqvist K, Edman C, Atzori L, Harris CC. Pathobiological effects of acrolein in cultured human bronchial epithelial cells. Cancer Res. 1988 Apr 1;48(7):1717-21. PubMed
  24. Nakao H, Umebayashi C, Nakata M, Nishizaki Y, Noda K, Okano Y, Oyama Y. Formaldehyde-induced shrinkage of rat thymocytes. J Pharmacol Sci. 2003 Jan;91(1):83-6. PubMed, CrossRef
  25. Beisswenger PJ, Howell SK, Touchette AD, Lal S, Szwergold BS. Metformin reduces systemic methylglyoxal levels in type 2 diabetes. Diabetes. 1999 Jan;48(1):198-202. PubMed, CrossRef
  26. Dobler D, Ahmed N, Song L, Eboigbodin KE, Thornalley PJ. Increased dicarbonyl metabolism in endothelial cells in hyperglycemia induces anoikis and impairs angiogenesis by RGD and GFOGER motif modification. Diabetes. 2006 Jul;55(7):1961-9. PubMed, CrossRef
  27. Thornalley PJ. The glyoxalase system: new developments towards functional characterization of a metabolic pathway fundamental to biological life. Biochem J. 1990 Jul 1;269(1):1-11. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  28. Thornalley PJ. Protein and nucleotide damage by glyoxal and methylglyoxal in physiological systems–role in ageing and disease. Drug Metabol Drug Interact. 2008;23(1-2):125-50. Review. PubMed, PubMedCentral, ]cr id=”http://dx.doi.org/10.1515/DMDI.2008.23.1-2.125″]
  29. Spencer D, Henshall TJ. The Kinetics and Mechanism of the Reaction of Formaldehyde with Dimedone. Part I.  Am Chem Soc. 1955;77(7):1943–1948. CrossRef

Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.