Основні компоненти глутатіонової системи в еритроцитах щурів за умов токсичного ураження на тлі аліментарної нестачі протеїну
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2020.01.031Ключові слова:
глутатіон, глутатіонтрансфераза, глутатіонпероксидаза, глутатіонредуктаза, глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа, еритроцитиАнотація
Робота присвячена дослідженню основних компонентів глутатіонової системи за умов токсичного ураження на тлі аліментарної нестачі протеїну: вмісту відновленого та окисленого глутатіону з визначенням співвідношення GSH/GSSG, активностей глутатіонозалежних ензимів – глутатіонпероксидази, глутатіонтрансферази, глутатіонредуктази, а також глюкозо-6-фосфатдегідрогеназної активності в еритроцитах щурів. Модель дослідження передбачала поділ тварин на групи: І – тварини, які отримували збалансований напівсинтетичний раціон – група контролю; ІІ – тварини, які протягом 28 діб споживали напівсинтетичний низькопротеїновий раціон; ІІІ – тварини, яким після перебування на збалансованому раціоні, моделювали токсичне ураження ацетамінофеном; ІV – тварини, яким на тлі аліментарної депривації протеїну індукували гостре токсичне ураження ацетамінофеном. Концентрацію відновленого глутатіону в гемолізаті еритроцитів досліджували за допомогою реактиву Елмана після депротеїнізації зразків. Принцип методу грунтується на взаємодії 5,5′-дитіобіс-2-нітробензойної кислоти з вільними SH-групами глутатіону. Для визначення вмісту окисленого глутатіону до реакційної суміші вносили цинковий пил з метою переведення окисленої форми у відновлену. Глутатіонтрансферазну активність визначали за швидкістю утворення глутатіон-S-кон’югатів шляхом взаємодії відновленого глутатіону із субстратом 1-хлор-2,4-динітробензолом. Активність глутатіонпероксидази оцінювали за утворенням окисленого глутатіону. Активність глутатіонредуктази в еритроцитах визначали шляхом вимірювання швидкості окислення NADPH+H+, що реєструється за зменшенням абсорбції при довжині хвилі 340 нм. Зменшення співвідношення GSH/GSSG в еритроцитах щурів за умов токсичного ураження на тлі аліментарної нестачі протеїну засвідчує функціональний зсув тіол-дисульфідного балансу в бік підвищеного використання відновленої форми глутатіону для антиоксидантного захисту. Встановлено, що токсичне ураження виступає ключовим чинником зниження рівня глутатіонтрансферази на тлі підвищення глутатіонпероксидазної активності в еритроцитах щурів, активація якої, вірогідно, запобігає прогресуванню процесів пероксидації ліпідів. Водночас за умов токсичного ураження на тлі аліментарної білкової недостатності спостерігається зниження глутатіонредуктазної та глюкозо-6-фосфатдегідрогеназної активностей, що зумовлює блокування першого етапу обміну глюкозо-6-фосфату в пентозофосфатному циклі, внаслідок чого зменшується кількість NADPH та, відповідно, відновленого глутатіону.
Посилання
Aashique M., Roy A., Diamond A., Bera S. Subcellular compartmentalization of glutathione peroxidase 1 allelic isoforms differentially impact parameters of energy metabolism. J Cell Biochem. 2018. https://doi.org/10.1002/jcb.27610
Beutler E. Red cell metabolism a manual of biochemical methods. Orlando: Grune & Stration, 1990. 131–134.
Beutler E. Red Cell Metabolism. New York: Grune & Stratton, 1971. 62–64.
Buko I.V., Polonetsky L.Z., Mrochek A.G., Moiseenok A.G. Antioxidant status and glutathione redox potential of erythrocytes in patients with acute coronary syndrome. Ukr. Biochem. J. 2014; 86(3): 114–124. https://doi.org/10.15407/ubj86.03.114
Cimen M.Y. Free radical metabolism in human erythrocytes. Clin Chim Acta. 2008; 390(1-2): 1–11. https://doi.org/10.1016/j.cca.2007.12.025
Couto N., Wood J., Barber J. The role of glutathione reductase and related enzymes on cellular redox homoeostasis network. Free Radic Biol Med. 2016; 95: 27–42. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.02.028
Dalton T.P., Chen Y., Schneider S.N., Nebert D.W., Shertzer H.G. Genetically altered mice to evaluate glutathione homeostasis in health and disease. Free Radic Biol Med. 2004; 37(10): 1511–1526. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2004.06.040
D'Autréaux B., Toledano M.B. ROS as signalling molecules: mechanisms that generate specificity in ROS homeostasis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007; 8(10): 813–824. https://doi.org/10.1038/nrm2256
Deponte M. Glutathione catalysis and the reaction mechanisms of glutathione-dependent enzymes. Biochim Biophys Acta. 2013; 1830(5): 3217–3266. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2012.09.018
Fang Y.Z., Yang S., Wu G. Free radicals, antioxidants, and nutrition. Nutrition. 2002; 18(10): 872–879. https://doi.org/10.1016/s0899-9007(02)00916-4
Gavriliuc L.A., Corcimaru I.F., Robu M.V., Lisii L.T. Glutathione-dependent enzymes and glucose-6-phosphate dehydrogenase of blood in patients with lymphosarcoma (non-hodgkin’s disease). Biomeditsinskaya Khimiya. 2011. Т. 57(2): С. 225–231. (In Russian).
Giustarini D., Colombo G., Garavaglia M.L., Astori E., Portinaro N.M., Reggiani F., Badalamenti S., Aloisi A.M., Santucci A., Rossi R., Milzani A., Dalle-Donne I. Assessment of glutathione/glutathione disulphide ratio and S-glutathionylated proteins in human blood, solid tissues, and cultured cells. Free Radic Biol Med. 2017; 112: 360–375. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2017.08.008
Grover Z., Ee L.C. Protein energy malnutrition. Pediatr Clin North Am. 2009; 56(5): 1055–1068. https://doi.org/10.1016/j.pcl.2009.07.001
Hammond E.G., White P.J. A Brief History of Lipid Oxidation. Journal of the American Oil Chemists' Society. 2011; 88(7): 891–897. https://doi.org/10.1007/s11746-011-1761-8
Hayes J.D., Flanagan J.U., Jowsey I.R. Glutathione transferases. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 2005; 45: 51–88. https://doi.org/10.1146/annurev.pharmtox.45.120403.095857
Holzerová E., Prokisch H. Mitochondria: Much ado about nothing? How dangerous is reactive oxygen species production? Int J Biochem Cell Biol. 2015; 63: 16–20. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2015.01.021
Jones D.P., Liang Y. Measuring the poise of thiol/disulfide couples in vivo. Free Radic Biol Med. 2009; 47(10): 1329–1338. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2009.08.021
Kalinina E.V., Chernov N.N., Novichkova M.D. The role of glutathione, glutathione transferase and glutaredoxin in the regulation of redox-dependent processes. Uspehi biologicheskoy himii. 2014; 54: 299–348. https://doi.org/10.1134/S0006297914130082 (In Russian).
Kamyishnikov V.C. Manual for clinical and biochemical research and laboratory diagnostics. M.: Medpressinform, 2004. 414 с. (In Russian).
Kopylchuk G.P., Voloshchuk O.M. Peculiarities of the free radical processes in rat liver mitochondria under toxic hepatitis on the background of alimentary protein deficiency. Ukr. Biochem. J. 2016; 88(2): 66–72. https://doi.org/10.15407/ubj88.02.066
Kopylchuk H.P., Nykolaichuk I.M., Zhuretska O.M. Rat liver arginase system under acetaminophen-induced toxic injury and protein deprivation. Ukr. Biochem. J. 2017; 89(2): 92–98. https://doi.org/10.15407/ubj89.02.092
Kopylchuk Н.P., Buchkovska I.M. The state of the glutathione system of liver cells of rats for low-protein diet and acute hepatotoxic injury. Ukr. Biochem. J. 2014; 86(5 Suppl 1): 165–166. (In Ukrainian).
Korzhov V.I., Zhadan V.N., Korzhov M.V. The role of the glutathione system in the processes of detoxification and antioxidant protection. Zhurnal AMN Ukrainа. 2007; 13(1): 3–19. (In Russian).
Kulinsky V.I., Kolesnichenko L.S. Glutathione system I. Synthesis, transport, glutathione transferases, glutathione peroxidases. Biomeditsinskaya Khimiya. 2009; 55(3): 255–277. (In Russian).
Kulinsky V.I., Kolesnichenko L.S. Glutathione system. II. Other enzymes, thiol-disulphide metabolism, inflammation and immunity, functions. Biomeditsinskaya Khimiya. 2009; 55(4): 365–379. (In Russian).
Kulinsky V.I., Leonova Z.A., Kolesnichenko L.S., Malov I.V., Danilov Yu.A. Glutathione system in erythrocytes and blood plasma in viral hepatites. Biomeditsinskaya Khimiya. 2007; 53(1): 91–98. (In Russian).
Kumar C., Igbaria A., D'Autreaux B., Planson A.G., Junot C., Godat E., Bachhawat A.K., Delaunay-Moisan A., Toledano M.B. Glutathione revisited: a vital function in iron metabolism and ancillary role in thiol-redox control. EMBO J. 2011; 30(10): 2044–2056. https://doi.org/10.1038/emboj.2011.105
Lushchak V.I. Glutathione homeostasis and functions: potential targets for medical interventions. J Amino Acids. 2012; Article ID 736837: 26 pages, https://doi.org/10.1155/2012/736837
Mashiko S., Ishihara A., Iwaasa H., Sano H., Ito J., Gomori A., Oda Z., Moriya R., Matsushita H., Jitsuoka M., Okamoto O., MacNeil D. J., Van der Ploeg L. H., Fukami T., Kanatani A. A pair-feeding study reveals that a Y5 antagonist causes weight loss in diet-induced obese mice by modulating food intake and energy expenditure. Mol Pharmacol. 2007; 71(2): 602–608. https://doi.org/10.1124/mol.106.029991
Nagy P. Kinetics and mechanisms of thiol-disulfide exchange covering direct substitution and thiol oxidation-mediated pathways. Antioxidants & Redox Signaling. 2013;18: 1623–1641. https://doi.org/10.1089/ars.2012.4973
Reeves P.G., Nielsen F.H., Fahey G.C. Jr. AIN-93 purified diets for laboratory rodents: final report of the American Institute of Nutrition ad hoc writing committee on the reformulation of the AIN-76A rodent diet. J Nutr. 1993; 123(11): 1939–1951. https://doi.org/10.1093/jn/123.11.1939
Rizvi S.I., Srivastava N. L-cysteine influx in diabetic erythrocytes. Biomeditsinskaya Khimiya. 2010; 56(5): 545–551. https://doi.org/10.18097/pbmc20105605545 (In Russian).
Sedlak J., Lindsay R.H. Estimation of total, protein-bound, and nonprotein sulfhydryl groups in tissue with Ellman's reagent. Anal Biochem. 1968; 25(1): 192–205.
Semba R.D. The Rise and Fall of Protein Malnutrition in Global Health. Ann Nutr Metab. 2016; 69(2): 79–88. https://doi.org/10.1159/000449175
Stantont R. C. Glucose-6-phosphate dehydrogenase, NADPH, and cell survival. IUBMB Life. 2012; 64(5): 362–369. https://doi.org/10.1002/iub.1017
Stefanov O.V. Preclinical studies of drugs. Kyiv: Avicenna, 2001. 527 s. (In Ukrainian).
Van Wijk R., van Solinge W.W. The energy-less red blood cell is lost: erythrocyte enzyme abnormalities of glycolysis. Blood. 2005; 106(13): 4034–4042. https://doi.org/10.1182/blood-2005-04-1622
Vlasova S.N., Shabunina E.I., Pereslegina I.A. The activity of glutathione-dependent erythrocyte enzymes in children with chronic diseases. Laboratory work. 1990; 8: 19–21. (In Russian).
Нabig W.H., Pabst M.J., Jakoby W.B. Glutathione-S-transferases. The first enzymatic step in mercapturic acid formation. J Biol Chem. 1974; 249(22): 7130–7139.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Науковий вісник Чернівецького університету. Біологія (Біологічні системи)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
