CC BY
14
хМакух С.М., к. б. н., доцент, 2Ол1ярник О.Д., к. б. н., науковий сшвроб!тник, 'Внгнан Д.С., к. б. н., доцент, 1Красневич А.Я., к. б. н., доцент,
1Гривул Т. М., к. б. н., доцент © 1Лъвгвсъкий нацюнальнииутверситет ветеринарногмедицини та бютехнологт Iмет С.З.Гжицъкого 21нститут клгтчноП експериментальног медицины, Прага, Чеськареспублгка
ДЕЯК1АСПЕКТИ ВНУТР1ШНЬОКЛ1ТИННОГО МЕТАБОЛ13МУ 4-
Г1ДРОКСИНОНЕНАЛЮ
В огляЫ узагалънено лтературт дат про утворення, окрем1 сторони метабол1зму та мехатзми знешкодження продукту лтопероксидаШ 4-г\дроксиноненалю.
Ключов1 слова: 4-г1дроксиноненалъ, оксидативний стрес, лтопероксидащя, вгдновлении глютат1он.
Джерела та шляхи утворення 4- гщроксиноненалю. Процеси лшопероксидацп завжди супроводжуються накопиченням високоактивних альдегадв ( 1,2). Один з них, 4-гщрокси-2,3-транс-ноненаль ( 4-ГН), найважливший юнцевий продукт, який утворюеться з п-6 полшенасичених жирних кислот, таких як лшолева, лшоленова I арахщонова (2). Завдяки сво!й високш реакцшнш здатност!, вш взаемод1е з бшками, пептидами, фосфолшщами та нуклешовими кислотами. Кр1м того, 4-ГН проявляв високу гепатотоксичну, цитотоксичну актившсть та мутагенну дш I е компонентом складно! системи сигнальних шлях1в кл1тини (3,4,5,6,7).
В умовах оксидативного стресу вм!ст 4-ГН значно зростае у плазм! кров! та кл1тинах р1зного типу, окремих органах, особливо у печшщ (2,5,8). Але нав1ть при тяжкому оксидативному стреа, зокрема у пащентав з деякими ревматощними захворюваннями, його р1вень не завжди пщвищуеться (9-11). В окремих випадках спостер1гаеться незначне зростання вмкту 4- ГН в сироватщ кров!, а в шших, 10-кратне пщвищення його р1вня. Найвища концентращя 4-ГН (6 мкМ) виявлена у тонкому кишювнику щура на протяз! пост1шем1чно! реперфузп (12). У пащешгв з хрошчною нирковою недостатшстю вмют цього альдегщу у сироватщ кров! досягае 1мкМ (11) , а у пащентав з ревматощним артритом 1 хрошчнш л1мфаденом1 - 0,5 мкМ (9,10). Тобто, оргашзм мае високоефективш мехашзми попередження токсично! ди цього високореакцшного альдегщу нав1ть в умовах сильного оксидативного стресу I прискореного його накопичення.
Внутр1шньоклггинний розпад 4-гвдроксиноненалю. Дослщи проведен! на р!зних тканинах, отриманих в основному з щур!в, показали, що 4-ГН знешкоджуеться у кл!тин!. Так, його розпад у гепатоцитах щура за три хвилини становив 95 мкМ з 100 мкМ внесених в шкубацшне середовище, що
© Макух е.М., Отярник О.Д., Вигнан Д.С., Красневич А.Я., Гривул Т. М., 2012
168
вказуе на високу швидкють його розпаду (13-16). Деградацш 4-ГН вивчали в органелах кл1тин, зокрема м1тохондр1ях (17) та р1зних типах кл1тин: ентероцитах (18), пухлинних кл1тинах(19, 20, 21, 22), синов1альних ф1бробластах (23), тимоцитах (24), ендотел1альних кл1тинах, нейтрофшах, купферових кл1тинах (25),судинних кл1тинах, ф1бробластах (26), а також кл1тинах перфузованих оргашв: серщ (27), печшщ, кишювнику, нирках (28). В цих експериментах встановлено, що розпад 4-ГН в значнш Mipi залежить, щонайменше, ввд двох фактор1в: концентрацп кл1тин в шкубацшному середовищ1 та його початково! концентраций По швидкост1 розщеплення 4-ГН кл1тини розташувались у такому порядку: гепатоцити, ентероцити тонкого кишювника, асцитш кл1тини пухлини Ерл1ха (вихщний bmíct 4-ГН -100мкМ). KpiM дослщжень in vitro розпад 4-ГН вивчався i на píbhí цшого оргашзму у лабораторних тварин. Для вивчення íhtchchbhoctí його деградацп використовували сечу або жовч пацююв (29-32).
Найважлив1ш1 6íoxímÍ4hí реакцп та метабол1зм 4-гщроксиноненалю . Найважливш1 6íoxímÍ4hí реакци 4-ГН зумовлеш наявшстю в його структур! активних функцюнальних груп - спиртово!, альдегщно! , а також - подвшного зв'язку. Вщновлення альдегщно! групп веде до утворення вщповщного спирту 1,4-дигщроксиноненолу, а И окиснення до - 4-гщроксиноненоево! кислоти. KpiM цих реакцш 4-ГН вступае в реакцш з GSH утворюючи кон'югати GS- 4ГН . U,i реакци катал1зують вщповщш ензими: НАД-залежна алкогольдегщрогеназа , НАД-залежна альдегщдегщрогеназа та глютатюн^-трансфераза. TaKi ензими, як глютатюнтрансфераза та альдегщдегщрогеназа наявш майже у bcíx кл1тинах ссавщв, включаючи i людину.(33,34). KpiM названих, у метабол1зм1 4-ГН беруть участь rnmi ензими, зокрема, НАДФ-залежна альдо-кеторедуктаза (35,36).
Кон'югати М1хаеля можуть утворюватися як ензиматичним, так i неензиматичним шляхом. Проте, як показують дослщження, ензиматичний шлях майже у шктсот раз1в переважае неензиматичний. Встановлено, що i гщроксиноненоева кислота in vivo та in vitro призводить до швидкого зниження р1вня внутр1шньокл1тинного GSH. При внесенш в шкубацшне середовище 100 мкМ гщроксиноненоево! кислоти у nepmi три хвилини bmíct GSH в гепатоцитах щур1в знизився майже удв!чг Пюля цього новий р1вноважний стан р1вня GSH складав 2/3 ввд початково! концентрацп (15,16).
Встановлено, що найбщьш важливими ензимами , яю беруть участь в метабол1зм1 4-ГН, е глютатюн^-трансфераза, альдегщдегщрогеназа та алкогольдегщрогеназа, мова про яю йшла вище. Як виявилось, головними первинними метабол1тами 4-ГН е його кон'югати з GSH, тобто - GS-4-ГН, продукт окиснення альдегщно! групи -гщроксиноненоева кислота, а також 1,4-дигщроксиноненол. Виявлено, що бшьшкть кл1тин, включаючи i гепатоцити, вщр1зняються bmíctom цих метаболтв. Цшаво, що bmíct кон'югапв GS-4-ГН та гщроксиноненоево! кислоти переважае кшьккть 1,4-дигвдроксиноненолу. Розробка чутливих метод1в дозволила в останш роки повшстю встановити баланс метаболтв 4-ГН. В гепатоцитах щура теля двохвилинно! шкубаци 4-
169
ГН було виявлено, що частка кон'югапв 4-ГН \ 08Н становить 30%, аналопчна кшькють характерна \ для гщроксиноненоево! кислоти, а 1,4-дигщроксиноненолу було у три рази менше (15, 16). Вмют цих трьох первинних метаболтв перетворення 4-ГН завжди зменшувався теля внесения його в шкубацшне середовище. Р1зниця м1ж кшькктю внесеного в шкубацшне середовище 4-ГН \ утворенням первинних продукпв показують, що в цьому процеЫ утворюються ще й шш1 вторинш метаболии, вода, диоксид Карбону, пром1жш продукти НТК, а також кон'югати 08Н з 1,4-гщрокиноненолем \ гщроксиноненоевою кислотою (21), глщин-цистеш-4-ГН , цистеш-4-ГН та меркаптуров1 кислоти (28).
Вплив 4-гщроксиноненалю на внутр1шньоклггинну модифжащю бшк1в. Незважаючи на швидкий розпад 4-ГН, вш мае негативний вплив на внутршньокл1тинш бюпол1мери, зокрема модифжацш бшюв. Залежно вщ чутливост1 до 4-ГН дослщжуваш кл1тини умовно можна подшити на три групи: а) кл1тини малочутлив1 до ди 4-ГН - зв'язування бшюв складае до 1,5%: це кл1тини кишювника-ентероцити { асцитш 12-денш кл1тини пухлини Ерл1ха; б) середньо! чутливост1 - зв'язування бшюв складае вщ2,5 до 4 %: сюди належать тимоцити, гепатоцити, синов1альш ф1бробласти; в) високочутлив1 кл1тини складають 4-8%: бшки м1тохондрш печшки, п'ятиденш асцитш кл1тини пухлини Ерл1ха. Слщ зазначити, що "старшГ' кл1тини пухлини Ерл1ха майже в чотири рази чутливш1 до впливу 4-ГН, шж "молодшГ' , тобто п'ятиденш.
Встановлено також, що 4-ГН проявляе свш гальмуючий вплив \ на ферментш бшки. Слщ зазначити, що ензими проявляють р1зну чутливкть до ди 4-ГН. Наприклад, глюкозо-6-фосфатдегщрогеназа печшки щура втрачае половину активное^ при ди 70мкМ альдегщу, аденшатциклаза печшки щура -при-2,7 мкМ, ДНК- пол1мераза бета печшки щура-290 мкМ, ДНК- пол1мераза альфа печшки щура-370 мкМ, Ка-К-АТФ-аза кори головного мозку свиш-120 мкМ, АДФ-рибозилтрансфераза синов1альних ф1бробласт1в людини-4,6 мкМ, НАДФН-оксидаза нейтрофшв людини-19 мкМ (2,15,37). Кон'югати утвореш 4-ГН з балками розпадаються з участю протеасом, або акумулюються (якщо вони не розпадаються), що в кшцевому результат! веде до цитотоксичних явищ: пошкодження { загибел1 кл1тин.
Слщ зазначити, що зв'язування бшюв з 4-ГН е бшьш важливим щодо процеЫв, як1 шщшють вшьнорадикальш реакци. Ф1зюлопчне \ патоф1зюлопчне значения цього явища було вивчено як для специф1чних бшюв, зокрема лшопроте!шв низько! щшьност1 (38), так \ ензим1в, наприклад, глщеральдегщфосфатдегщрогенази (39), глюкозо-6-фосфатдегщрогенази (40), Ка-К- АТФ-ази (37). Встановлено, що 4-ГН модиф1куе сульфгщрильш групи бшкових молекул, викликаючи зниження активное^ тюлових ензим1в, зокрема глюкозо-6-фосфатдепдрогенази (40). Мехашзми х1м1чно! взаемоди алкеналю \ гщроксиалкеналю з бшками штенсивно I плщно вивчались групою дослщниюв (38, 39,40,41, 42, 43). Дослщженнями цих автор1в встановлеш деяю мехашзми акумуляцп альдегщ - модифжованих бшюв в оргашзмг У процеЫ 1х
170
накопичення вони можуть впливати на функцюнальний стан бшюв, особливо в онтогенез!, а також при р1зних патолопчних станах оргашзму (44).
Висновки. Р!зноман!тн! шляхи внутр1шньокл1тинного розпаду 4-ГН е одним з важливих мехашзм!в антиоксидантного захисту як кл1тин зокрема, так i оргашзму в цшому, а також - токсично! ди альдег!д - модиф!кованих бшюв продуктами ПОЛ, в тому числ! 4-ГН.
Л1тература
1. Poll G, Albano E., Dianzani M. // Chem.Phys. Lipids.-1987.- V.45.- P. 117142.
2. Esterbayer H., Zollner H., Schaur R.J. // Free Radic. Biol. Med. 1991.- V.11.-P. 81-128.
3. Esterbayer H., Zollner H., Schaur R. J. // ISI Atlas Sci. - 1988.- V.1.- P.311-
317.
4.Uchida K., Shiraishi M., Naito Y. et al. // J.Biol. Chem. -1999.- V.274.- P. 2234-2242.
5. Poli G, Schaur R. J. // Life.-2000.- V.50.- P.315-321.
6. Ji C., Amarnath V., Pietenpol J.A. et al. // Chem. Res. Toxicol.-2001.- V.14.-P. 1090-1093.
7. Ruef J., Voser M., Bode C. et al. // Basic Res. Cardiol. -2001.- V.96.- P. 143150.
8. Comporti M. // Lab. Invest. - 1985.- V.53.- P.599-623
9. Grune T., Michel P., Sitte N. et al. // Free Radical Biol. Med. - 1997.- V.23. -P.357-360.
10. Siems W., Brenke R., Beier A., et al. // QJM. -2002.- V.95.- P.803-809.
11. Siems W., Carluccio F., Grune T. et al. // Clin. Nephrol. -2002.- V.58 (Suppl 1). - P.20-25.
12. Siems W.G, Grune T., Esterbayer H. // Life Sci.-1995.- V.57.- P.785-789.
13. Esterbayer H., Zollner H., Lang J. // Biochem. J. - 1985.- V.228.- P.363-
373.
14. Siems W.G, Zollner H., Grune T. et al. // Fres. J. Anal. Chem. - 1992.- V. 343.- P.75-76.
15. Siems W.G, Capuozzo E., Verginelli D. et al. // Free Radic. Res.- 1997.- V. 27.- P. 353-358.
16. Siems, W., Zollner, H., Grune, T. et al.// J. Lipid Res. - 1997. - V. 38. - P. 612-622.
17. Ullrich O., Grune T., Henke W. et al. // FEBS Lett. - 1994.- V. 352.- P. 8486.
18. Grune T., Siems W., Kowalewski J. et al. // Biochem. Internat. - 1991. - V. 25. - P. 963-971.
19. Siems W.G, Grune T. // Mol. Aspect Med. -2003. - V.24. - P. 167-175.
20. Canuto R. A., Muzio G, Maggiora M. et al. // Cell. Biochem. Fund. -1993.V. 11.-P. 79-86.
21. Grune T., Siems W.G, Zollner H. et al. //Cancer Res.- 1994.-V. 54.-P. 52315235.
171
22. Tjalkens R. B., Cook L.W., Petersen D. R. // Arch. Biochem. Biophys.-1999.-V. 361.-P. 113-119.
23. Ullrich O., Huser H., Ehrlich W. et al. // Free Radic. Biol. Med.- 1997. - V. 22.- P. 1153-1157.
24. Siems W., Pirnenov A.M., Esterbauer H. et al. // J. Biochem.-1998. -V. 123.- P. 534-539.
25. Luckey S.W., Petersen D R. // Arch.Biochem. Biophys.- 2001. - V. 38.- P. 77-83.
26. Spitz D R., Sullivan S.J., Malcolm R.R. et al. // Free Radic. Biol. Med. -1991.- V. 11. - P. 415-423.
27. Srivastava S., Chandra A., Wang L.-F. et al // J. Biol. Chem.- 1998. - V. 273. - P. 10893-10900.
28. Grune T., Siems W.G, Petras P. // J. Lipid Res.- 1997. - V. 38.- P. 16601665.
29. Alary J., Bravais F., Cravedi J-P. et al. // Chem. Res. Toxicol.-1995.- V. 8.- P. 34-39.
30. Alary J., Debrauwer L., Fernanadez Y. et al. //Chem. Res. Toxicol. 1998 -V. 11. - P. 130-135.
31. Alary J., Debrauwer L., Fernandez Y. et al. // Chem. Res. Toxicol.- 1998.- V.
11.- P. 1368-1376.
32. Laurent A., Alary J., Debrauwer L. et al. // Chem. Res. Toxicol.- 1999. - V.
12. - P. 887-894.
33. Berhane K., Widersten M., Engstrom A. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. -1994.- V. 91.- V. - P. 1480-1484.
34. Singhal S.S., Zimniak P., Awasthi S. et al. //Arch. Biochem. Biophys.-1994.- V. 311. - P. 242-250.
35. Srivastava S.K., Ansari N.H., Hair GA. et al. // Biochim. Biophys. Acta. -1984.- V. 800. - P. 220-227.
36. Spycher S.E., Tabataba-Vakili S., O'Donnell V.B. et al. 1997. // ASEB J. -1997. - V.11. - P. 181-188.
37. Siems W.G, Hapner S.J., van Kuijk F.J.GM. // Free Radic. Biol. Med.-1996. - V. 20. - P. 215-223.
38.Uchida K., Toyokuni S., Nishikawa K. et al. // Biochemistry. - 1994. - V. 33.
- P. 12487-12494.
39. Uchida K., Stadtman ER. //J. Biol. Chem.- 1993. - V. 268. - P. 6388-6393.
40. Friguet B., Stadtman E.R., Szweda L.I. // J. Biol. Chem.- 1994. - V. 269. -P. 21639-21643.
41. Stadtman, E.R. // Science. 1992. - V. 257. - P. 1220-1224.
42. Uchida K., Stadtman E.R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1992. - V. 89. -P. 5611-5615.
43. Toyokuni S., Uchida K., Okamoto K. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. -1994. - V. 91. - P. 2616-2620.
44. Chiarpotto E., Biasi F., Scavezza, A. et al.// Biochem. Biophys. Res. - 1995.
- V. 207. - P. 477-484.
172
Summary
1Makukh Ye.M., 2Oliyarnyk O.D., 1Vygnan D.S., 1Krasnevych A.Ya.,
1Hryvul T.M.
1S. Z. Gzhytskyi Lviv National University of veterinary medicine and biotechnology of 50, Pekarska St., Lviv 79010, Ukraine 2Institute for Clinical and Experimental Medicine Prague, Czech Republic
SOME ASPECTS OF INTRACELLULAR 4-HYDROXYNONENAL
METABOLISM
The literary data about some aspects of intracellular metabolism 4-hydroxynonenal have been summarized.
Key words: 4-hydroxynonenal, oxidative stress, lipid peroxidation, redused glutathione.
Рецензент - д.вет.н., професор Гуфрш Д.Ф.
173
