Вплив донорів монооксиду нітрогену на показники кадмій-індукованого оксидативного стресу в різних органах щурів
Анотація
Основним механізмом токсичної дії іонів кадмію на клітини вважають оксидативний стрес, який кадмій, що не є перехідним металом, викликає опосередковано. Окисні пошкодження клітин за дії іонів кадмію є тканиноспецифічними і пов’язані з інгібуванням антиоксидантної системи, накопиченням вільного гему, заміщенням ессенціальних металів у металопротеїнах. Монооксид нітрогену (NO) виявляє високу спорідненість до гему та сульфгідрильних груп білків і пептидів, які є основними молекулярними мішенями для іонів кадмію. З огляду на вищенаведене, метою цієї роботи стало дослідження впливу донорів NO-радикалів на прооксидантно-антиоксидантний стан тканин ссавців за умов оксидативного стресу, спричиненого введенням in vivo хлориду кадмію. Дослідження проводили на щурах-самцях лінії Вістар масою 160–200 г. CdCl2 вводили підшкірно у дозі 14 мг/кг маси тіла. Прямий донор NO-радикалу нітропрусид натрію (SNP, 1 мг/кг маси) і субстрат NO-синтазної реакції L-аргінін (600 мг/кг маси) вводили внутрішньочеревинно. Для дослідження корегувального впливу донори NO-радикалу вводили за 0,5 год до ін’єкції солі кадмію. Об’єктами дослідження були плазма крові і гомогенати печінки, нирок і селезінки щурів. Введення хлориду кадмію спричинило низку порушень прооксидантно-антиоксидантного балансу, більшість з яких відбувались через добу. Накопичення продуктів ліпопероксидації встановлено у сироватці крові, печінці та селезінці щурів. Посилення прооксидантних процесів у цих тканинах може бути результатом надходження до них іонів кадмію та продуктів гемолізу. В антиоксидантній системі суттєві зміни спостерігались під впливом кадмію лише в печінці: збільшення вмісту відновленого глутатіону та СОД активності і зниження активності каталази. Попередник монооксиду нітрогену L-аргінін не змінював базальний рівень прооксидантно-антиоксидантних показників, а також у більшості випадків не впливав на їх динаміку після введення хлориду кадмію в органах, що досліджувались. Прямий донор NO нітропрусид натрію діяв у печінці та селезінці значною мірою як прооксидант. В печінці введення тільки нітропрусиду, так само як і сумісне введення SNP і CdCl2, призводило до активації вільнорадикальних процесів вже в перші години. У селезінці сумісне введення SNP і солі кадмію також спричинювало більш ранній розвиток оксидативного стресу, про що свідчило збільшення рівню гідропероксидів ліпідів і зниження вмісту відновленого глутатіону. Отже, введення прямого донору NO нітропрусиду натрію та субстрату NO-синтаз L-аргініну в обраних дозах не мало вираженого коригувального впливу на кадмій-індукований оксидативний стрес у печінці, нирках та селезінці. Однак у крові обидва донори NO ефективно запобігали накопиченню продуктів ліпопероксидації за введення CdCl2, крім того, L-аргінін суттєво зменшував вихід лактатдегідрогенази, що може свідчити про захист клітин крові та судин від пошкоджень за дії іонів кадмію.
Завантаження
Посилання
Vladimirov Yu.A., Archakov A.I. (1972). Lipid peroxidation in biomembranes. Мoscow: Nauka. 252 p. [In Russian]
Ivanov I.I., Korovkin B.F., Markelov I.M. (1974). Introduction to clinical enzymology. Leningrad: Medicina. 350 p. [In Russian]
Menshchikova Ye.B., Lankin V.Z., Zenkov N.K. et al. (2006). Oxidative stress. Prooxidants and antioxidants. Moscow: The company "Slovo". 556 p. [In Russian]
Pavychenko O.V, Kaliman P.A. (2003). Effect of cadmium chloride on development of oxidative stress in rat lung. Modern Problems of Toxicology, 3, 39–42. [In Russian]
Beavchamp C., Fridovich I. (1971). Superoxide dismutase: improved assays and an assay appliciable to acrylamide gels. Anal. Biochem., 44(1), 276–287. https://doi.org/10.1016/0003-2697(71)90370-8
Bell K.F., Fowler J.H., Al-Mubarak B. et al. (2011). Activation of Nrf2-regulated glutathione pathway genes by ischemic preconditioning. Oxid. Med. Cell. Longev., 2011, 689524. https://doi.org/10.1155/2011/689524
Bloodsworth A., O'Donnell V.B., Freeman B.A. (2000). Nitric oxide regulation of free radical- and enzyme-mediated lipid and lipoprotein oxidation. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 20(7), 1707–1715. https://doi.org/10.1161/01.atv.20.7.1707
Chamulitrat W. (1998). Nitric oxide inhibited peroxyl and alkoxyl radical formation with concomitant protection against oxidant injury in intestinal epithelial cells. Arch. Biochem. Biophys., 355(2), 206–214. https://doi.org/10.1006/abbi.1998.0731
Chen L., Zhou J., Gao W., Jiang Y.Z. (2003). Action of NO and TNF-alpha release of rats with cadmium loading in malfunctiion of multiple system organ. Sheng Li Xue Bao, 55(5), 535–540.
Chiabrando D., Vinchi F., Fioritoet V. al. (2014). Heme in pathophysiology: a matter of scavenging, metabolism and trafficking across cell membranes. Frontiers in Pharmacology, 5, 24. https://doi.org/10.3389/fphar.2014.00061
Djukic-Cosic D., Jovanovic M.C., Bulat Z.P. et al. (2008). Relation between lipid peroxidation and iron concentration in mouse liver after acute and subacute cadmium intoxication. J. Trace Elem. Med. Biol., 22(1), 66–72. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2007.09.024
Ejnik J., Shaw C.F.3rd, Petering D.H. (2010). Mechanism of cadmium ion substitution in mammalian zinc metallothionein and metallothionein alpha domain: kinetic and structural studies. Inorg. Chem., 49(14), 6525–6534. https://doi.org/10.1021/ic1003148
Fouad A.A., Al-Mulhim A.S., Gomaa W. (2013). Protective effect of cannabidiol against cadmium hepatotoxicity in rats. J. Trace Elem. Med. Biol., 27(4), 355–363. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2013.07.001
Hammer Ø., Harper D.A.T., Ryan P.D. (2001). Past: Paleontological Statistics Software Package for Education and Data Analysis. Palaeontologia Electronica, 4(1), 9.
Jurczuk M., Brzóska M.M., Moniuszko-Jakoniuk J. et al. (2004). Antioxidant enzymes activity and lipid peroxidation in liver and kidney of rats exposed to cadmium and ethanol. Food Chem. Toxicol., 42(3), 429–438. https://doi.org/10.1016/j.fct.2003.10.005
Kaliman P., Nikitchenko I., Pavychenko O. (2008). Action of cadmium chloride on some parameters of heme metabolism in rats under modulation of NO radicals level. Annales Universitatatis Mariae Curie-Sklodowska, XIX(2), 125–128.
Karim M.R., Petering D.H. (2017). Detection of Zn2+ release in nitric oxide treated cells and proteome: dependence on fluorescent sensor and proteomic sulfhydryl groups. Metallomics, 9(4), 391–401. https://doi.org/10.1039/C6MT00220J
Katakai K., Liu J., Nakajima K. et al. (2001). Nitric oxide induces metallothionein (MT) gene expression apparently by displacing zinc bound to MT. Toxicol. Lett., 119(2), 103–108. https://doi.org/10.1016/S0378-4274(00)00301-5
Kukongviriyapan U., Apaijit K., Kukongviriyapan V. (2016). Oxidative stress and cardiovascular dysfunction associated with cadmium exposure: beneficial effects of curcumin and tetrahydrocurcumin. Tohoku J. Exp. Med., 239(1), 25–38. https://doi.org/10.1620/tjem.239.25
Liu J., Qu W., Kadiiska M.B. (2009). Role of oxidative stress in cadmium toxicity and carcinogenesis. Toxicol. Appl. Pharmacol., 238(3), 209–214. https://doi.org/10.1016/j.taap.2009.01.029
Miller G.L. (1959). Protein determination for large numbers of samples. Anal. Chem., 31(5), 964–966. https://doi.org/10.1021/ac60149a611
Nazari Q.A., Mizuno K., Kume T. et al. (2012). In vivo brain oxidative stress model induced by microinjection of sodium nitroprusside in mice. J. Pharmacol. Sci., 120(2), 105–111. https://doi.org/10.1254/jphs.12143FP
Nikitchenko I., Strel'chenko K., Inshina N., Kaliman P.A. (2005). Effect of sodium nitroprusside on heme oxygenase activity in some organs of rats. Annales Universitatatis Mariae Curie-Sklodowska, XVIII(2), 105–108.
Ohkawa H., Ohahi N., Jadi K. (1979). Assay for lipid peroxides in animal tissues by thiobarbituric acid reaction. Anal. Biochem., 95(2), 351–358. https://doi.org/10.1016/0003-2697(79)90738-3
Patterson J.W., Lazarow A. (1955). Determination of glutathione / In: D.Glick, editor. Methods of biochemical analysis, 2, 259–279. https://doi.org/10.1002/9780470110188.ch9
Quan Y.Y., Liu Y.H., Lin C.M. et al. (2017). Peroxynitrite dominates sodium nitroprusside-induced apoptosis in human hepatocellular carcinoma cells. Oncotarget, 8(18), 29833–29845. https://doi.org/10.18632/oncotarget.16164
Radi R. (2013). Peroxynitrite, a stealthy biological oxidant. J. Biol. Chem., 288(37), 26464–26472. https://doi.org/10.1074/jbc.R113.472936
Sabolić I., Breljak D., Skarica M., Herak-Kramberger C.M. (2010). Role of metallothionein in cadmium traffic and toxicity in kidneys and other mammalian organs. Biometals, 23(5), 897–926. https://doi.org/10.1007/s10534-010-9351-z
Soyupek S., Oksay T., Sütçü R. et al. (2012) The effect of cadmium toxicity on renal nitric oxide synthase isoenzymes. Toxicol. Ind. Health, 28(7), 624–628. https://doi.org/10.1177/0748233711420467
Swiergosz-Kowalewska R. (2001). Cadmium distribution and toxicity in tissues of small rodents. Microsc. Res. Tech., 55(3), 208–222. https://doi.org/10.1002/jemt.1171
Tokumoto M., Lee J.Y., Satoh M. (2019). Transcription factors and downstream genes in cadmium toxicity. Biol. Pharm. Bull., 42(7), 1083–1088. https://doi.org/10.1248/bpb.b19-00204
Zhu J., Meeusen J., Krezoski S., Petering D.H. (2010). Reactivity of Zn-, Cd-, and apo-metallothionein with nitric oxide compounds: in vitro and cellular comparison. Chem. Res. Toxicol., 23(2), 422–431. https://doi.org/10.1021/tx900387k
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої її публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи.
