Вплив індуктора транскрипційного фактору Nrf2 на показники метаболізмув тканинах щурів при введенні геміну
Анотація
Гем є важливим кофактором, що бере участь у багатьох біологічних процесах: перенесення і зберігання кисню, перенесення електронів, метаболізмі ліків і стероїдів, трансдукції сигналу тощо. Однак, надлишок вільного гема є високотоксичним через його здатність стимулювати оксидативний стрес. Однією з основних реакцій організму на оксидативний стрес є утворення транскрипційного фактору Nrf2, що надходить в ядро і стимулює індукцію генів ключових білків - компонентів системи антиоксидантного захисту. Nrf2 – редокс-чутливий фактор транскрипції, що регулює експресію генів, які містять у своїх промоторах респонсивний елемент ARE. Зараз Nrf2 вважається головним регулятором окисно-відновного гомеостазу, який контролює експресію понад 100 генів, що беруть участь у захисті від активних форм кисню та електрофілів. Одним з індукторів транскрипційного фактору Nrf2 є диметилфумарат (ДМФ), який індукує ендогенний антиоксидантний захист через шлях Nrf2. Недостатньо вивченим є вплив Nrf2 на азотний метаболізм і систему тіолів при оксидативному стресі. У зв’язку з цим мета цієї роботи - вивчення показників азотного обміну та вмісту небілкових тіолів при введенні геміну, індуктора фактору транскрипціїї Nrf2 диметилфумарату, а також при їх сумісному введенні. Об’єкт дослідження - безпородні білі самці-щури масою 180-260 г, які отримували ін’єкції розчину геміну в дозі 50 мкг на кг маси тіла внутрішньочеревинно та диметилфумарат перорально. Через 24 години після введення речовин тварин брали в експеримент, дотримуючись вимог Конвенції поводження з тваринами. З крові отримували плазму. Печінку перфузували охолодженим фізіологічним розчином. З печінки, нирок та серця готували гомогенати, які використовували для визначення активності каталази, амінотрансфераз і аргінази, а також вмісту ТБК-реагуючих продуктів і відновлених SH-груп. В плазмі крові визначали вміст сечовини. Результати дослідження свідчать про наступне: введення геміну спричинює підвищення вмісту ТБК-реагуючих продуктів в серці, зниження вмісту відновлених тіолів в органах щурів і активацію каталази в нирках; введення диметилфумарату призводило до зниження вмісту ТБК-реагуючих продуктів у серці, збільшення кількості загальних тіолових груп у нирках, підвищення активності аргінази у печінці; комбіноване застосування геміну і ДМФ через 24 години призводило до збільшення вмісту ТБК-реагуючих продуктів у нирках та серці, небілкових SH-груп у печінці, вмісту сечовини у плазмі крові, підвищення активності амінотрансфераз і аргінази в досліджуваних органах. Встановлені зміни можуть відображувати активацію Nrf2 у присутності прооксидантного чинника і його вплив на експресію низки генів, продукти яких беруть участь в адаптаційних процесах при оксидативному стресі.
Завантаження
Посилання
Lushchak V.I., Bahniukova T.V., Lushchak O.V. (2004) Indicators of oxidative stress. 1. Thiobarbituric acid reactive substances and protein carbonyl groups. Ukrainian Biochemical Journal, 76 (3), 136–141 (in Ukrainian)
Okhrimenko, S.M., Hryshkova, A.Yu. (2020). Effects of hemin and glutathione on some indices of nitrogen and carbohydrate metabolism in rats. The Journal of V.N. Karazin Kharkiv National University. Series “Biology”, 34, 28–34 (in Ukrainian)
Tkachov, V.O., Menshchikova, O.B., Zenkov, M.K. (2011) Mechanism of the Keap1 / Nrf2 / ARE signaling pathway. Biochemistry, 76 (4), 502–519 (in Ukrainian)
Ashrafian, H., Czibik, G., Bellahcene, M., Aksentijević, D., Smith, A.C., Mitchell, S.J., Dodd, M.S., Kirwan, J., Byrne, J.J., Ludwig, C., Isackson, H., Yavari, A., Støttrup, N.B., Contractor, H., Cahill, T.J., Sahgal, N., Ball, D.R., Birkler, R.I.D., Hargreaves, I., Tennant, D.A., Land, J., Lygate, C.A., Johannsen, M., Kharbanda, R.K., Neubauer, S., Redwood, C., de Cabo, R., Ahmet, I., Talan, M., Günther, U. L., Robinson, A.J., Viant, M.R., Pollard, P.J., Tyler, D.J., Watkins, H. (2012). Fumarate is cardioprotective via activation of the Nrf2 antioxidant pathway. Cell Metabolism, 15(3), 361–371. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2012.01.017
Brown, G., Cohen, P.P. (1959). Comparative biochemistry of urea synthesis. I. Methods for the quantitative assay of urea cycle enzymes in liver. Journal of Biological Chemistry, 234(7), 1769–1774.
Chiabrando, D., Vinchi, F., Fiorito, V., Mercurio, S., Tolosano, E., Silengo, L. (2014). Heme in pathophysiology: A matter of scavenging, metabolism and trafficking across cell membranes. Frontiers in Pharmacology, 5, 61. https://doi.org/10.3389/fphar.2014.00061
Dalle-Donne, I., Rossi, R., Giustarini, D., Milzani, A., Colombo, R. (2007). S-glutathionylation in protein redox regulation. Free Radical Biology and Medicine, 43(6), 883–898. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2007.06.014
Ellman, G.L. (1959). Tissue sulfhydryl groups. Archives of Biochemistry and Biophysics, 82(1), 70–77. https://doi.org/10.1016/0003-9861(59)90090-6
Ema, M., Hirota, K., Mimura, J., Abe, M., Yodoi, J., Sogawa, K., Fujii-Kuriyama, Y. (1999). Molecular mechanisms of transcription activation by HLF and HIF-1α in response to hypoxia: Their stabilization and redox signal-induced interaction with CBP/p300. The EMBO Journal, 18(7), 1905–1914. https://doi.org/10.1093/emboj/18.7.1905
Gozzelino, R., Jeney, V., Soares, M.P. (2010). Mechanisms of cell protection by heme oxygenase-1. Annual Review of Pharmacology and Toxicology, 50, 323–354. https://doi.org/10.1146/annurev.pharmtox.010909.105600
Ishii, T., Itoh, K., Takahashi, S., Sato, H., Yanagawa, T., Katoh, Y., Bannai., S., Yamamoto, M. (2000). Transcription factor Nrf2 coordinately regulates a group of oxidative stress-inducible genes in macrophages. The Journal of Biological Chemistry, 275(21), 16023–16029. https://doi.org/10.1074/jbc.275.21.16023
Janero, D.R. (1990). Malondialdehyde and thiobarbituric acid-reactivity as diagnostic indices of lipid peroxidation and peroxidative tissue injury. Free Radical Biology and Medicine, 9(6), 515–540. https://doi.org/10.1016/0891-5849(90)90131-2
Jeney, V., Balla, J., Yachie, A., Varga, Z., Vercellotti, G.M., Eaton, J.W., Balla, G. (2002). Pro-oxidant and cytotoxic effects of circulating heme. Blood, 100(3), 879–887. https://doi.org/10.1182/blood.v100.3.879
Koroliuk, M.A., Ivanov, L.I., Maiorova, I.G., Tokarev, V.E. (1988). A method for determining catalase activity. Laboratory Work, 1, 16–19. PMID: 2451064
Kumar, S., Bandyopadhyay, U. (2005). Free heme toxicity and its detoxification systems in human. Toxicology Letters, 157(3), 175–188. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2005.03.004
Linker, R.A., Lee, D.-H., Ryan, S., van Dam, A. M., Conrad, R., Bista, P., Zeng, W., Hronowsky, X., Buko, A., Chollate, S., Ellrichmann, G., Brück, W., Dawson, K., Goelz, S., Wiese, S., Scannevin, R.H., Lukashev, M., Gold, R. (2011). Fumaric acid esters exert neuroprotective effects in neuroinflammation via activation of the Nrf2 antioxidant pathway. Brain, 134(3), 678–692. https://doi.org/10.1093/brain/awq386
Milenkovic, M., Arsenovic-Ranin, N., Vucicevic, D., Piperski, V., Jevtovic-Stoimenov, T., Petrovic, D. (2008). Beneficial effects of dimethyl fumarate on experimental autoimmune myocarditis. Archives of Medical Research, 39(7), 639–646. https://doi.org/10.1016/j.arcmed.2008.07.003
Miller, G.L. (2003). Protein determination for large numbers of samples. Analytical Chemistry, 31(5), 964–966. https://doi.org/10.1021/ac60149a611
Mitsis, A., Papageorgiou, I., Bacopoulou, F., Chrousos, G.P., Doulgeri, M. (2020). Transcription factors and evolution: An integral part of heme expression. World Academy of Sciences Journal, 2, 3–8. https://doi.org/10.3892/wasj.2020.32
Motohashi, H., Yamamoto, M. (2004). Nrf2–Keap1 defines a physiologically important stress response mechanism. Trends in Molecular Medicine, 10(11), 549–557. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2004.09.003
Nour, O.A., Shehatou, G.S.G., Raxim, M.A., Said, E. (2017). Antioxidant and anti-inflammatory effects of dimethyl fumarate in hypercholesterolemic rabbits. Egyptian Journal of Basic and Applied Sciences, 4(3), 153–159. https://doi.org/10.1016/j.ejbas.2017.07.003
Sayin, V.I., LeBoeuf, S.E., Singh, S.X., Davidson, S.M., Biancur, D., Guzelhan, B.S., Alvarez, S.W., Wu W.L., Karakousi, T.R., Zavitsanou, A.M., Ubriaco, J., Muir, A., Karagiannis, D., Morris, P.J., Thomas, C.J., Possemato, R., Vander Heiden, M.G., Papagiannakopoulos, T. (2017). Activation of the NRF2 antioxidant program generates an imbalance in central carbon metabolism in cancer. eLife, 6, e28083. https://doi.org/10.7554/eLife.28083
Song, X., Xu, R., Xie, F., Liu, J., Liu, L. (2014). Hemin offers neuroprotection through inducing exogenous neuroglobin in focal cerebral hypoxic-ischemia in rats. International Journal of Clinical and Experimental Pathology, 7(5), 2163–2171. PMID: 24966924
Tonelli, C., Chio, I. I.C., Tuveson, D.A. (2018). Transcriptional regulation by Nrf2. Antioxidants & Redox Signaling, 29(17), 1727–1745. https://doi.org/10.1089/ars.2017.7342
Zinellu, A., Sotgia, S., Carru, C. (2007). Effect of acute exercise on low molecular weight thiols in plasma. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 17(4), 452–456.
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.
