Вплив редокс-активних молекул на окиснення тіолів у присутності наночастинок
DOI:
https://doi.org/10.26565/2075-3810-2025-53-01Ключові слова:
наночастинки CeO2, наночастинки GdYVO4:Eu3, тіоли, пухлинні клітини, аскорбінова кислотаАнотація
Актуальність. Високі рівні АФК (активних форм кисню) пухлинних клітин роблять їх більш чутливими до окислювального стресу порівняно з нормальними клітинами. Таким чином, утворення додаткових АФК може призвести до загибелі ракових клітин. Окислювально-відновний цикл є ключовим процесом, відповідальним за виробництво АФК різними медичними та експериментальними протипухлинними агентами. Серед цих сполук — хінони та аскорбінова кислота, яка виявляє синергічний протипухлинний ефект. Підвищені рівні глутатіону та глутатіонзалежні антиоксидантні ферменти відіграють ключову роль у захисті ракових клітин від внутрішньоклітинного окисного стресу. Наночастинки зі властивостями виснаження глутатіону можуть діяти як інтелектуальні хіміодинамічні агенти, які порушують систему антиоксидантного захисту клітин. У даній роботі неорганічні наночастинки на основі рідкоземельних елементів використовуються як каталітичні підсилювачі одноелектронного переносу з утворенням органічних і кисневих радикалів в окисно-відновних циклах аскорбінової кислоти та вітаміну К3.
Мета роботи. Вивчити динаміку окиснення тіолів у присутності наночастинок у поєднанні з редокс- активними молекулами.
Матеріали та методи. Як індикатор прооксидантної ефективності наночастинок (CeO2 (2 нм, 20 мкг/мл) або GdYVO4:Eu3+ (2 нм, 20 мкг/мл)) у поєднанні з органічними сполуками (аскорбінова кислота (100 або 200 мкМ) та вітамін K3 (4 мкМ)) використовували зміни рівня тіолів (глутатіону (200 мкМ), L-цистеїну (200 мкМ) або дитіотреїтолу (500 мкМ)) у модельній системі.
Результати. Показано, що наночастинки GdYVO4:Eu3+ та CeO2 підсилюють окиснення тіолів під впливом кожної редокс-активної молекули, а також їх комбінації. Ефективність наноцерію, а також комбінацій редокс-активних молекул, була вищою порівняно з відповідними комбінаціями наночастинок ортованадату (включаючи часову динаміку), що було особливо виражено в системі окиснення дитіотреїтолу.
Висновки. Отримані дані свідчать про здатність наноцерію суттєво посилювати окиснення тіолів, індуковане редокс-активними молекулами, що розкриває перспективність цього підходу у вирішенні проблеми підвищеного рівня тіолів у пухлинних клітинах.
Завантажити
Посилання
Li J, Zuo X, Cheng P, Ren X, Sun S, Xu J, et al. The production of reactive oxygen species enhanced with the reduction of menadione by active thioredoxin reductase. Metallomics. 2019;11(9):1490–97. https://doi.org/10.1039/c9mt00133f
Chaiswing L, St Clair WH, St Clair DK. Redox paradox: a novel approach to therapeutics-resistant cancer. Antioxid Redox Signal. 2018;29(13):1237–72. https://doi.org/10.1089/ars.2017.7485
Trachootham D, Alexandre J, Huang P. Targeting cancer cells by ROS-mediated mechanisms: a radical therapeutic approach? Nat Rev Drug Discov. 2009;8(7):579–91. https://doi.org/10.1038/nrd2803
Khramtsov VV, Gillies RJ. Janus-faced tumor microenvironment and redox. Antioxid Redox Signal. 2014;21(5):723–9. https://doi.org/10.1089/ars.2014.5864
Wondrak GT. Redox-directed cancer therapeutics: molecular mechanisms and opportunities. Antioxid Redox Signal. 2009;11(12):3013–69. https://doi.org/10.1089/ars.2009.2541
Delwar ZM, Avramidis D, Follin E, Hua Y, Siden A, Cruz M, et al. Cytotoxic effect of menadione and sodium orthovanadate in combination on human glioma cells. Invest New Drugs. 2012;30(4):1302–10. https://doi.org/10.1007/s10637-011-9680-y
Jamison JM, Gilloteaux J, Nassiri MR, Venugopal M, Neal DR, Summers JL. Cell cycle arrest and autoschizis in a human bladder carcinoma cell line following vitamin C and vitamin K3 treatment. Biochem Pharmacol. 2004;67(2):337–51. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2003.08.040
Jeyachandran S, Srinivasan R, Ramesh T, Parivallal A, Lee J, Sathiyamoorthi E. Recent development and application of "Nanozyme" Artificial Enzymes-A Review. Biomimetics (Basel). 2023;8(5):446. https://doi.org/10.3390/biomimetics8050446
Nikitchenko YV, Klochkov VK, Kavok NS, Averchenko KA, Karpenko NA, Nikitchenko IV, et al. Anti-aging effects of antioxidant rare-earth orthovanadate nanoparticles in Wistar rats. Biol Trace Elem Res. 2021;199:4183–92. https://doi.org/10.1007/s12011-020-02531-y
Kavok N, Klochkov V, Nikitchenko Yu, Sedyh O, Dudetskaya G, Kot Yu, et al. Exposure of prooxidant potential of CeO2 and GdYVO4/Eu3+ nanoparticles in model systems containing low-molecular antioxidants. In 2023 IEEE 13th International Conference “Nanomaterials: Applications & Properties (NAP)ˮ; 2023 September 10–15; Bratislava, Slovakia: IEEE; 2023. p. NRA11-1-NRA11-4. https://doi.org/10.1109/NAP59739.2023.10310986
Rollin-Genetet F, Seidel C, Artells E, Auffan M, Thiéry A, Vidaud C. Redox reactivity of cerium oxide nanoparticles induces the formation of disulfide bridges in thiol-containing biomolecules. Chem Res Toxicol. 2015;28(12):2304–12. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.5b00319
Pešić M, Podolski-Renić A, Stojković S, Matović B, Zmejkoski D, Kojić V, et al. Anti-cancer effects of cerium oxide nanoparticles and its intracellular redox activity. Chem Biol Interact. 2015;232:85–93. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2015.03.013
Goltsev AN, Babenko NN, Gaevskaya YA, Bondarovich NA, Dubrava TG, Ostankov MV, et al. Nanotechniques inactivate cancer stem cells. Nanoscale Res Lett. 2017;12(1):415. https://doi.org/10.1186/s11671-017-2175-9
Klochkov VK, Malyshenko AI, Sedykh OO, Malyukin YV. Wet chemical synthesis and characterization of luminescent colloidal nanoparticles: ReVO4:Eu3+ (Re = La, Gd, Y) with rod-like and spindle-like shape. Funct Mater. 2011;18(1):111–5. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135437
Klochkov VK, Grigorova AV, Sedyh OO, Malyukin YV. The influence of agglomeration of nanoparticles on their superoxide dismutase-mimetic activity. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2012;409:176–82. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2012.06.019
Bates JT, Fang T, Verma V, Zeng L, Weber RJ, Tolbert PE, et al. Review of acellular assays of ambient particulate matter oxidative potential: methods and relationships with composition, sources, and health effects. Environ Sci Technol. 2019;53(8):4003–19. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b03430
Charrier JG, Anastasio C. On dithiothreitol (DTT) as a measure of oxidative potential for ambient particles: evidence for the importance of soluble transition metals, atmos. Chem. Phys. 2012;12:9321–33. https://doi.org/10.5194/acp-12-9321-2012
Juchau MR, Fantel AG, Harris C, Beyer BK. The potential role of redox cycling as a mechanism for chemical teratogenesis. Environ. Health Perspect. 1986;70:131–36. http://doi.org/10.2307/3430349
Elman GL. Tissue sulfhydryl groups. Arch Biochem Biophys. 1959;82(1):70–7. https://doi.org/10.1016/0003-9861(59)90090-6
Bakalova R, Semkova S, Ivanova D, Zhelev Z, Miller T, Takeshima T, et al. Selective targeting of cancerous mitochondria and suppression of tumor growth using redox‐active treatment adjuvant. Oxid Med Cell Longev. 2020; Article ID 6212935, 30 pages. https://doi.org/10.1155/2020/6212935
Semkova S, Zhelev Z, Miller T, Sugaya K, Aoki I, Higashi T, et al. Menadione/ascorbate induces overproduction of mitochondrial superoxide and impairs mitochondrial function in cancer: comparative study on cancer and normal cells of the same origin. Anticancer Research. 2020;40(4):1963–72. https://doi.org/10.21873/anticanres.14151
Sumiyoshi A, Shibata S, Lazarova D, Zhelev Z, Aoki I, Bakalova R. Tolerable treatment of glioblastoma with redox-cycling ‘mitocans': a comparative study in vivo. Redox Report. 2023;28(1), 2220531. https://doi.org/10.1080/13510002.2023.2220531
Amaldoss MJN, Mehmood R, Yang J L, Koshy P, Kumar N, Unnikrishnan A. Anticancer therapeutic effect of cerium-based nanoparticles: known and unknown molecular mechanisms. Biomater. Sci. 2022;10(14):3671–94. https://doi.org/10.1039/D2BM00334A
Datta A, Mishra S, Manna K, Saha KD, Mukherjee S, Roy S. Pro-oxidant therapeutic activities of cerium oxide nanoparticles in colorectal carcinoma cells. ACS Omega. 2020;5(17):9714–23. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b04006
Lu H, Xiang Z, Ren Q. Sensitive and highly selective biosensor based on innovative V2O5 nanoparticles for detection of glutathione. Asia‐Pac J Chem Eng. 2024;19(4):e3081.https://doi.org/10.1002/apj.3081
Luna-Velasco A, Field JA, Cobo-Curiel A, Sierra-Alvarez R. Inorganic nanoparticles enhance the production of reactive oxygen species (ROS) during the autoxidation of l-3,4-dihydroxyphenylalanine (l-dopa). Chemosphere. 2011;85(1):19–25. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.06.053
Hayat A, Andreescu D, Bulbul G, Andreescu S. Redox reactivity of cerium oxide nanoparticles against dopamine. J Colloid Interface Sci. 2014;418:240–45. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.12.007
Othman A, Norton L, Finny AS, Andreescu S. Easy-to-use and inexpensive sensors for assessing the quality and traceability of cosmetic antioxidants. Talanta. 2020;208:120473. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.120473
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
