Научная статья на тему 'СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ БЕЛКОВ И ЛИПИДОВ В АДИПОЦИТАХ В УСЛОВИЯХ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА'

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ БЕЛКОВ И ЛИПИДОВ В АДИПОЦИТАХ В УСЛОВИЯХ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
211
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС / OXIDATIVE STRESS / КАРБОНИЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ БЕЛКОВ / CARBONYL DERIVED PROTEIN / БИТИРОЗИН / BITYROSINE / ОКИСЛЕННЫЙ ТРИПТОФАН / OXIDATED TRYPTOPHAN / ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ / LIPID PEROXIDATION / АДИПОЦИТЫ / АЛЛОКСАН / ALLOXAN / ADIPOCYTE

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Шахристова Е.В., Степовая Е.А., Иванов В.В., Носарева О.Л., Дзюман А.Н.

Введение. Согласно современным представлениям, в механизмах возникновения сахарного диабета типа 1 и 2 и развития их осложнений важную роль играет окислительный стресс, формирование которого сопровождается нарушением поглощения глюкозы жировой тканью, снижением секреции инсулина панкреатическими В-клетками, дизрегуляцией выработки адипокинов, развитием инсулинорезистентности с последующим возникновением метаболического синдрома. Цель исследования. Изучение состояния свободнорадикального окисления белков и липидов в адипоцитах эпидидимальной жировой ткани при окислительном стрессе. Материал и методы. Из эпидидимальной жировой ткани крыс изолировали адипоциты с помощью коллагеназы. Жировые клетки инкубировали с аллоксаном в концентрации 0,5—10,0 ммоль/л. Определяли содержание в адипоцитах активных форм кислорода, гидроперекисей липидов, продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой; карбонильных производных белков, битирозина и окисленного триптофана. Результаты. В экспериментах in vitro в адипоцитах развивался окислительный стресс на фоне добавления аллоксана (0,5— 10,0 ммоль/л) в среду инкубации клеток, который сопровождался увеличением в жировых клетках концентрации активных форм кислорода, продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, гидроперекисей липидов, карбонильных производных белков, битирозина и окисленного триптофана. Заключение. В адипоцитах повышенная генерация активных форм кислорода и увеличение интенсивности окислительной модификации макромолекул приводила к изменению их физико-химического состояния и нарушению функций, что в конечном итоге усугубляет течение сахарного диабета и способствует развитию осложнений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Шахристова Е.В., Степовая Е.А., Иванов В.В., Носарева О.Л., Дзюман А.Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FREE RADICAL OXIDATION OF PROTEINS AND LIPIDS IN ADIPOCYTES UNDER CONDITIONS OF OXIDATIVE STRESS

Introduction. According to the current understanding, oxidative stress plays a key role in the mechanisms of diabetes mellitus of types 1 and 2 emergence and development of its complications; formation of oxidative stress is accompanied by defective uptake of glucose by adipose tissue, reduction of insulin secretion by pancreatic B-cells, adipokines production dysregulation, progression of insulin resistance, followed by the development of metabolic syndrome. The aim of the study. Investigate the status of oxidative modification of proteins and lipids in adipocyte epididymal adipose tissue in oxidative stress. Methods. Adipocytes were isolated from the epididymal adipose tissue of rats using collagenase. The fat cells were incubated with alloxan in a concentration of 0,5—10,0 mmol/l. The content of active oxygen forms, lipid hydroperoxides, products which react with thiobarbituric acid, carbonyl derivatives of proteins, bityrosine and oxidized tryptophan in adipocytes was determined. Results. During experiments in vitro, the oxidative stress developed in adipocytes of epididymal adipose tissue when adding alloxan (0,5—10 mM) to cell incubation medium. It was accompanied by concentration increase of oxygen active forms, products, reacting with thiobarbituric acid, hydroperoxides lipids, carbonyl derived proteins, bityrosine and oxidized tryptophan. Conclusions. In adipocyte increased generation of reactive oxygen and an increase in the intensity of oxidative modification of macromolecules leads to changes in their physical and chemical condition and infringement of functions that ultimately exacerbates diabetes and contributes to the development of complications.

Текст научной работы на тему «СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ БЕЛКОВ И ЛИПИДОВ В АДИПОЦИТАХ В УСЛОВИЯХ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА»

© Коллектив авторов, 2014 УДК 616-018.26-008.9-092.4:577.2

СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ

БЕЛКОВ И ЛИПИДОВ В АДИПОЦИТАХ В УСЛОВИЯХ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА

Е.В. Шахристова, кандидат медицинских наук, Е.А. Степовая, доктор медицинских наук, профессор, В.В. Иванов, кандидат биологических наук, доцент, О.Л. Носарева, кандидат медицинских наук, А.Н. Дзюман, кандидат медицинских наук, доцент, Н.В. Рязанцева, доктор медицинских наук, профессор, В.В. Новицкий, академик РАМН, профессор

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Российская Федерация, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

E-mail: shaxristova@yandex.ru

Введение. Согласно современным представлениям, в механизмах возникновения сахарного диабета типа 1 и 2 и развития их осложнений важную роль играет окислительный стресс, формирование которого сопровождается нарушением поглощения глюкозы жировой тканью, снижением секреции инсулина панкреатическими В-клетками, дизрегуляцией выработки адипокинов, развитием инсулинорезистентности с последующим возникновением метаболического синдрома.

Цель исследования. Изучение состояния свободнорадикального окисления белков и липидов в адипоцитах эпидидимальной жировой ткани при окислительном стрессе.

Материал и методы. Из эпидидимальной жировой ткани крыс изолировали адипоциты с помощью коллагеназы. Жировые клетки инкубировали с аллоксаном в концентрации 0,5—10,0 ммоль/л. Определяли содержание в адипоцитах активных форм кислорода, гидроперекисей липидов, продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой; карбонильных производных белков, битирозина и окисленного триптофана.

Результаты. В экспериментах in vitro в адипоцитах развивался окислительный стресс на фоне добавления аллоксана (0,5— 10,0 ммоль/л) в среду инкубации клеток, который сопровождался увеличением в жировых клетках концентрации активных форм кислорода, продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, гидроперекисей липидов, карбонильных производных белков, битирозина и окисленного триптофана.

Заключение. В адипоцитах повышенная генерация активных форм кислорода и увеличение интенсивности окислительной модификации макромолекул приводила к изменению их физико-химического состояния и нарушению функций, что в конечном итоге усугубляет течение сахарного диабета и способствует развитию осложнений.

Ключевые слова: окислительный стресс, карбонильные производные белков, битирозин, окисленный триптофан, перекисное окисление липидов, адипоциты, аллоксан

FREE RADICAL OXIDATION OF PROTEINS AND LIPIDS IN ADIPOCYTES UNDER CONDITIONS OF OXIDATIVE STRESS E.V. Shakhristova, E.A. Stepovaya, V. V. Ivanov, O.L. Nosareva, A.N. Dzuman, N.V. Ryazantseva, V. V. Novitskiy

Siberian State Medical University, Russian Federation, 634050, Tomsk, Moscow trakt, 2

Introduction. According to the current understanding, oxidative stress plays a key role in the mechanisms of diabetes mellitus of types 1 and 2 emergence and development of its complications; formation of oxidative stress is accompanied by defective uptake of glucose by adipose tissue, reduction of insulin secretion by pancreatic B-cells, adipokines production dysregulation, progression of insulin resistance, followed by the development of metabolic syndrome.

The aim of the study. Investigate the status of oxidative modification of proteins and lipids in adipocyte epididymal adipose tissue in oxidative stress.

Methods. Adipocytes were isolated from the epididymal adipose tissue of rats using collagenase. The fat cells were incubated with alloxan in a concentration of 0,5—10,0 mmol/l. The content of active oxygen forms, lipid hydroperoxides, products which react with thiobarbituric acid, carbonyl derivatives of proteins, bityrosine and oxidized tryptophan in adipocytes was determined.

Results. During experiments in vitro, the oxidative stress developed in adipocytes of epididymal adipose tissue when adding alloxan (0,5—10 mM) to cell incubation medium. It was accompanied by concentration increase of oxygen active forms, products, reacting with thiobarbituric acid, hydroperoxides lipids, carbonyl derived proteins, bityrosine and oxidized tryptophan.

Conclusions. In adipocyte increased generation of reactive oxygen and an increase in the intensity of oxidative modification of macromolecules leads to changes in their physical and chemical condition and infringement of functions that ultimately exacerbates diabetes and contributes to the development of complications.

Key words: oxidative stress, carbonyl derived protein, bityrosine, oxidated tryptophan, lipid peroxidation, adipocyte, alloxan

ВВЕДЕНИЕ

Окислительный стресс лежит в основе патогенеза многих патологических процессов и состояний, в том числе сахарного диабета типа 1 (СД1). Индукция свободнорадикального окисления может приводить к изменению белково-липидных взаимодействий в биологических мембранах, повреждению нуклеиновых кислот, окислительной модификации белковых молекул и липидов в клетках-мишенях, в частности, в адипоцитах [5, 10, 11]. Активация перекисного окисления липидов (ПОЛ) в условиях окислительного стресса приводит к увеличению продукции гидроперекисей липидов, токсичных альдегидов, способных индуцировать повреждения протеинов. Окислительная модификация вызывает изменения структурной организации белков, их агрегацию и денатурацию, приводя к нарушению или исчезновению функциональной активности протеинов (каталитической, регуляторной, транспортной, рецепторной и др.), и может индуцировать гибель клетки [5, 10].

Одним из химических агентов, применяемым в моделировании СД1, является аллоксан. В клетке ал-локсан подвергается окислению с образованием диа-луровой кислоты, которая вступает в редокс-цикл, в результате чего генерируется супероксидный анион-радикал. Реакция между аллоксаном и диалуровой кислотой приводит к образованию промежуточного радикала аллоксана [19, 22], способного восстанавливаться глутатионом. Супероксидный анион-радикал вызывает высвобождение Fe3+ из ферритина и способствует его восстановлению в Fe2+ [22]. К тому же сам радикал аллоксана может восстанавливать Fe3+ до Fe2+. Супероксидный анион-радикал способен дис-мутировать до пероксида водорода спонтанно или под действием супероксиддисмутазы, в результате чего взаимодействие образовавшегося пероксида водорода и Fe2+ приводит к продукции гидроксильного анион-радикала. Генерируемые под действием аллоксана активные формы кислорода (АФК) запускают свободнорадикальное окисление макромолекул в клетках [19, 22].

Таким образом, с учетом прооксидантных свойств аллоксана, его применения в моделировании экспериментального диабета и важной роли окислительного стресса в патогенезе СД и развитии его осложнений, мы использовали аллоксан как индуктор свободнорадикального окисления в адипоцитах. В настоящее время процессы свободнорадикального повреждения макромолекул (белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот) в жировой ткани при окислительном стрессе исследованы недостаточно. В экспериментах in vitro подбор концентрации аллокса-на, прооксидантные эффекты которой были бы сопоставимы с эффектами in vivo у крыс с аллоксановым диабетом, позволил бы в дальнейшем использовать ее для изучения молекулярных механизмов окислительной модификации макромолекул при СД в условиях индуцированного окислительного стресса. Цель на-

стоящего исследования — изучение в экспериментах in vitro влияния различных концентраций аллоксана на интенсивность окислительной модификации белков и липидов в изолированных адипоцитах эпиди-димальной жировой ткани крыс в условиях окислительного стресса.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследования проведены на адипоцитах, изолированных из эпидидимальной жировой ткани 16 крыс-самцов Вистар массой тела 210+25 г. Животные были получены из ОАО «Питомник «Рассвет» (Томск). Эксперименты проводились согласно «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приказ МЗ СССР № 755 от 12.08.1977) и Федеральному закону «О защите животных от жестокого обращения» от 01.09.1997, а также с соблюдением Конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других научных целей, принятой Европейским союзом в 1986 г. Крыс усыпляли СО2-асфиксией. Адипоциты из эпидидимальной жировой ткани выделяли по методу M. Rodbell [20] с использованием коллагеназы (Sigma Aldrich, США). Концентрацию адипоцитов в суспензии стандартизировали с помощью разведения буфером до 1«106 клеток в 1 мл. Жизнеспособность выделенных клеток оценивали микроскопическим методом с три-пановым синим (Serva, США). Доля живых клеток составляла не менее 95%.

В качестве индуктора окислительного стресса использовали аллоксан. Адипоциты в концентрации 1'106 клеток в 1 мл инкубировали в СО2-инкубаторе (Sanyo, Япония) с аллоксаном в конечных концентрациях 0,5; 1,0; 5,0 и 10,0 ммоль/л [18] в течение 3 ч в Кребс-Рингер-буфере с добавлением 5 ммоль/л глюкозы и 2% бычьего сывороточного альбумина. После инкубации клетки отделяли центрифугированием в течение 1 мин при 200 g на центрифуге Biofuge Primo R (Thermo, Великобритания).

О развитии окислительного стресса в адипоци-тах судили по содержанию гидроперекисей липидов, определяемых FOX-2-методом [17], и продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (ТБК-активных продуктов) флюоресцентным методом [23]. Для оценки интенсивности продукции АФК в адипоцитах клетки предварительно инкубировали с флюоресцентным зондом — 2,7-дихлорфлюорес-цеиндиацетатом в концентрации 5 мкмоль/л (Sigma Aldrich, США). Адипоциты отмывали 3-кратным центрифугированием (200 g, 1 мин) и через 3 ч после добавления аллоксана измеряли интенсивность флюоресценции на Rotor Gene 6000 (Германия); максимум возбуждения составлял 470 нм, максимум испускания 510 нм. Результат представляли в единицах флюоресценции на 1»106 адипоцитов. Визуализацию интенсивности флюоресценции проводили на микроскопе Axioscop 40 (Carl Zeiss, Германия; объектив 20; диафрагма 6,3; выдержка 1/6) с исполь-

зованием светофильтров: Х=500 нм — возбуждение; Х=520 нм — испускание.

Интенсивность окислительной модификации протеинов в адипоцитах эпидидимальной жировой ткани оценивали по содержанию карбонильных производных белков методом, основанным на реакции взаимодействия окисленных аминокислотных остатков с 2,4-динитрофенилгидразином с образованием 2,4-динитрофенилгидразонов, которые регистрировали спектрофотометрически [1]. Содержание окисленного триптофана (по снижению флюоресценции его восстановленной формы) и образование битирозиновых сшивок определяли методом, описаннным К. Вау1еБ [14] в модификации Э.М. Бекмана и соавт. [2].

Проверка на соответствие выборок нормально -му закону распределения проводилась критерием Шапиро—Вилка. Выборки не подчинялись нормальному закону распределения на уровне значимости р<0,001, поэтому полученные результаты были представлены в таблицах в виде медианы (Ме), 1-го и 3-го квартилей (Р1—Р3). Достоверность различий выборок

оценивали с помощью непараметрических критериев Манна-Уитни и Краскела-Уоллиса для малых групп. Различия считали достоверными при уровне значимости р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В экспериментах in vitro аллоксан в концентрациях, близких к его диабетогенным дозам (0,5—10,0 мМ), вызывал активацию свободнорадикального окисления в адипоцитах, изолированных из эпидидимальной жировой ткани крыс. Проникая в цитоплазму адипо-цитов в виде ацетилового эфира, 2,7-дихлорфлюо-ресцеиндиацетат деэтерифицируется под действием эстераз, что исключает возможность его транспорта из клеток и приобретает способность флюоресцировать после взаимодействия с перекисными группировками (рис. 1). В адипоцитах, нагруженных 2,7-дихлорфлю-оресцеиндиацетатом, регистрировалось увеличение интенсивности флюоресценции с возрастанием концентрации аллоксана в инкубационной среде, свидетельствуя об увеличении внутриклеточной продукции АФК в адипоцитах (табл. 1).

Рис. 1. Интенсивность флюоресценции АФК в адипоцитах, нагруженных 2,7-дихлорфлюоресцеиндиацетатом, при действии аллоксана

Таблица 1

КОНЦЕНТРАЦИЯ ГИДРОПЕРЕКИСЕЙ ЛИПИДОВ, ТБК-АКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ И АФК В ИЗОЛИРОВАННЫХ АДИПОЦИТАХ ЭПИДИДИМАЛЬНОЙ ЖИРОВОЙ ТКАНИ КРЫС ПРИ ДЕЙСТВИИ АЛЛОКСАНА В РАЗНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ (МЕ ^-д^)

Показатель Контроль (интактные Адипоциты, инкубированные с аллоксаном (n=8)

адипоциты) (n=8) 0,5 мМ 1,0 мМ 5,0 мМ 10,0 мМ

Гидроперекиси липидов, нмоль/106 клеток р 5,28 (4,85-5,80) 5,89 (5,23-6,55) 8,23 (7,82-8,53) <0,05 9,09 (8,58-9,25) <0,01 9,88 (9,76-10,11) <0,01

ТБК-активные продукты, нмоль/106 клеток р 0,84 (0,80-0,91) 0,98 (0,76-1,02) 1,72 (1,64-1,85) <0,05 2,51 (2,43-2,80) <0,01 5,23 (5,08-5,76) <0,01

АФК, единицы флюоресценции/ 106 клеток р 3,7 (3,2-4,3) 4,5 (4,1-4,8) 5,4 (4,9-5,9) <0,05 8,5 (7,6-8,9) <0,01 15,9 (12,4-19,5) <0,01

Примечание. р — уровень значимости различий, рассчитанный относительно контрольных величин (здесь и в табл. 2).

В жировых клетках содержится высокая концентрация субстратов, подверженных свободно-радикальному окислению [8, 16]. Окислительной модификации в процессе ПОЛ подвержены главным образом полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) фосфолипидов, входящих в состав клеточных мембран [3, 11]. Развитие цепных радикальных окислительных процессов в мембранах сопровождается образованием пероксидных и ал-коксильных радикалов, что в дальнейшем приводит к продукции гидроперекисей липидов [8, 11]. В наших исследованиях повышенная генерация АФК в жировых клетках при добавлении аллоксана в инкубационную среду приводила к активации ПОЛ адипоцитов, о чем свидетельствовало повышение уровня его промежуточных и вторичных продуктов — гидроперекисей липидов и ТБК-активных продуктов (см. табл. 1).

Окисление липидов и образование перекисей приводят к увеличению гидрофильности молекул. В результате окисления появляются молекулы, содержащие сопряженные двойные связи (диеновые конъюгаты), а также токсичные альдегиды (рис. 2). Так, главный продукт окисления 1,6-арахидо-новой кислоты, 4-гидрокси-2-ноненаль оказывает цитотоксическое и мутагенное действие и может сшивать белковые молекулы, вызывая нарушение структуры и инактивацию ферментов [4, 16]. 4-Гидрокси-2-ноненаль способен вступать в реакции конъюгации с восстановленной формой глу-татиона спонтанно или под действием фермента глутатион-Б-трансферазы (КФ 2.5.1.18), обладающей высоким сродством к альдегиду [4, 16]. Комплекс 4-гидрокси-2-ноненальглутатион транспортируется из клеток при участии АТФ-зависимой протонной системы [13]. 4-Гидрокси-2-ноненаль, малоновый диальдегид и другие алкенали [4, 16],

реагируя с сульфгидрильными группами белков и низкомолекулярных соединений — таких, как ци-стеин, глутатион, образуют стабильные тиоэфир-ные аддукты. Это приводит к модификации белков и появлению их карбонильных производных [7, 15] (см. рис. 2).

В адипоцитах, инкубированных с аллоксаном, нами выявлено повышение уровня окислительной модификации белков. При длине волны 274 нм регистрируются альдегидфенилгидразоны — ранние маркеры окислительной деструкции белков, при 363 нм — кетондинитрофенилгидразоны, являющиеся маркерами поздней деструкции белков. Так, на фоне развития окислительного стресса с возрастанием концентрации аллоксана (0,5—10,0 мМ) в среде инкубации изолированных адипоцитов выявлено увеличение (р<0,01) карбонильных производных при длине волн 274 и 363 нм по сравнению с уровнем окислительной модификации белков в интактных клетках (табл. 2). Увеличение окислительной модификации белков, наряду с накоплением продуктов липидной пероксидации, является ранним маркером окислительного повреждения адипоцитов, при котором белки выступают в роли эффективных ловушек генерируемых активных форм кислорода [5].

Окислительная модификация белковых молекул с образованием карбонильных производных — необратимый процесс, репарации могут подвергаться лишь окисленные SH-группы протеинов [12]. Белки, подвергшиеся карбонилированию, образуют агрегаты, а также фрагментируются. Продукты сво-боднорадикального окисления белков потенцируют окислительные повреждения ДНК in vitro [5, 6, 21]. Окислительная модификация белков также приводит к снижению активности ферментов в цепи переносчиков электронов, АТФ-синтазы, нарушает из-

Таблица 2

ПОКАЗАТЕЛИ ОКИСЛИТЕЛЬНОМ МОДИФИКАЦИИ БЕЛКОВ В ИЗОЛИРОВАННЫХ АДИПОЦИТАХ ЭПИДИДИМАЛЬНОЙ ЖИРОВОЙ ТКАНИ КРЫС ПРИ ДЕЙСТВИИ АЛЛОКСАНА В РАЗНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ (Ме ф^з))

Показатель Контроль (интактные Адипоциты, инкубированные с аллоксаном (n=8)

адипоциты) (n=8) 0,5 мМ 1,0 мМ 5,0 мМ 10,0 мМ

Карбонильные производные белков, у.е./мг белка Х=274 нм р Х=363 нм р 6,2 (5,7-6,3) 12,1 (12,1-13,8) 6,2 (5,2-6,8) 16,4 (14,2-17,5) <0,05 13,9 (12,9-17,3) <0,01 17,1 (15,1-18,4) <0,01 21,4 (21,2-22,5) <0,01 25,2 (23,9-25,4) <0,01 24,6 (22,2-27,2) <0,01 28,0 (24,3-28,1) <0,01

Битирозин, у.е./мг белка р 0,99 (0,92-1,06) 1,10 (1,02-1,18) 1,19 (1,11-1,27) <0,01 1,48 (1,32-1,64) <0,01 1,68 (1,56-1,80) <0,01

Триптофан, у.е./мг белка р 4,31 (4,26-4,56) 4,25 (4,12-4,41) 3,77 (3,58-4,04) <0,05 3,90 (3,30-3,91) <0,05 3,41 (3,13-3,47) <0,01

62 №1, 2014 Молекулярная медицина

4-гидрокси-2-гексеналь

полиненасыщенные кротоновыи альдегид 4-окси-2-ноненаль ч''*'' "■' жирные кислоты ,.„l ... 2-гексеналь

в» y

АФК«

i

акролеин

гидропероксиды t полиненасыщенных

жирных кислот

глутатион-S- \

трансфераза 4 4-гидрокси-2-ноненаль

транспорт из клетки

карбонилирование белков

п

глиоксаль

малоновый диальдегид

Рис. 2. Образование карбонильных производных белков под действием продуктов ПОЛ[16]

бирательность транспортных белков [3]. Изменение редокс-потенциала митохондриальной мембраны может вызывать дисфункцию каскада дыхательной цепи и, следовательно, дисбаланс энергетических процессов в клетке. Таким образом, окисленные протеины являются не только маркерами, но и активными участниками свободнорадикального повреждения клетки [9, 10, 13].

Химическая модификация полипептидной цепи проявляется в том числе и в изменении функциональных групп аминокислотных остатков белков. Все аминокислотные остатки могут подвергаться окислению АФК, однако продукты их окисления изучены далеко не полностью [5]. В противоположность карбонильным производным белков некоторые продукты окисления аминокислотных остатков, в частности, триптофана, фенилаланина и тирозина, остаются стабильными даже после кислотного гидролиза [12]. Так, в экспериментах in vitro нами обнаружено увеличение содержания битирозина и окисленного триптофана в адипоцитах на фоне возрастания концентрации прооксиданта в среде инкубации клеток (см. табл. 2).

Окисление триптофана сопряжено с образованием ковалентных сшивок, приводящих к агрегации белков [5]. Образующиеся при окислении ти-

розина радикалы могут взаимодействовать между собой, формируя битирозиновые межмолекулярные сшивки в белках. Битирозин стабилен в присутствии различных протеаз, устойчив при кислотном гидролизе, что создает предпосылки для его накопления в организме и участия в патологических процессах. Наличие битирозиновых производных считается надежным маркером АФК индуцированных повреждений белков [5, 10].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Индукция окислительного стресса в адипоцитах под действием аллоксана (0,5—10,0 мМ) приводила к увеличению генерации АФК, повышению уровня продуктов липидной пероксидации и окислительной модификации белков. Патологическое влияние свободнорадикального окисления на белки связано с образованием межмолекулярных сшивок, изменением физико-химического состояния протеинов, нарушением их функций, что в конечном итоге усугубляет течение СД и способствует развитию осложнений.

В проведенных ранее нами исследованиях [7, 8] было установлено, что значения показателей про-оксидантной и антиоксидантной систем в экспериментах in vivo на крысах с индуцированным СД со-

ответствуют таковым в опытах in vitro при действии аллоксана на адипоциты в концентрации 5,0 мМ. Таким образом, для проведения исследований, направленных на установление молекулярных механизмов окислительной модификации макромолекул при СД, необходимо использовать концентрацию 5,0 мМ аллоксана как наиболее адекватную для воспроизведения in vitro окислительного стресса, сравнимого с опытами in vivo.

ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 20092013 гг.» (соглашение №8302), а также в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ (договор №16.120.11.614-НШ).

1. Арутюнян А.В., Дубинина Е.Е., Зыбина Н.Н. Методы оценки свободнорадикадьного окисления и антиоксидантной защиты организма. СПб., ИКФ «Фолиант», 2000; 104 с. [Arutjunjan A.V., Dubinina E.E., Zybina N.N. Evaluation methods of free radical oxidation and antioxidant protection of the organism. SPb.: IKF «Foliant», 2000; рр. 104 (in Russian)]

2. Бекман Э.М., Баранова О.А., Губарева Е.В. Оценка устойчивости к оксидативному стрессу плазмы крови по уровню окисляемости белков и липидов при металлкатализируемом окислении. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2006; 142 (9): 268-72. [Bekman Je.M., Baranova O.A., Gubareva E.V. Estimation of the resistance to oxida-tive stress blood plasma level of oxidation of proteins and lipids in metallkatalizayting oxidation. Bull. Exp. Biol. Med. 2006; 142 (9): 268-72 (in Russian)]

3. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах. Соросовский образовательный журнал. 2000; 6 (12): 13-9.

[Vladimirov Ju.A. Free radicals in biological systems. Soros educational journal. 2000; 6 (12): 13-9 (in Russian)]

4. Дубинина Е.Е., Дадали В.А. 4-гидрокси-транс-2-ноненаль в функцииональной активности клеток. Биохимия. 2010; 75 (9): 1189-211.

[Dubinina E.E., Dadali V.A. 4-gidroksi-trans-2-nonenal infunctional activity of the cells. Biochemistry. 2010; 75 (9): 1189-211 (in Russian)]

5. Дубинина Е.Е. Продукты метаболизма кислорода в функциональной активности клеток (жизнь и смерть, созидание

и разрушение). Физиологические и клинико-биохимические аспекты. СПб.: Медицинская пресса, 2006; 400 с. [Dubin^ E.E. Products of metabolism of oxygen in the functional activity of cells (life and death, creation and destruction). Physiological and clinical-biochemical aspects.SPb.: Medical press, 2006 (in Russian)]

6. Дубинина Е.Е., Шугалей И.В. Окислительная модификация белков.

Успехи современной биологии. 1993; 113: 71-81.

[Dubinina E.E., Shugalej I.V. Oxidative modification of proteins. Biology Bulletin Reviews. 1993; 113: 71-81 (in Russian)]

7. Иванов В.В., Шахристова Е.В., Степовая Е.А., Жаворонок Т.В., Новицкий В.В. Влияние аллоксана на систему глутатиона и окислительную модификацию белков в адипоцитах при экспериментальном диабете. Бюллетень сибирской медицины. 2011; 10 (3): 44-7. [Ivanov V.V., Shakhristova E.V., Stepovaya E.A., Zhavoronok T.V., Novitsky V.V. Influence alloksan the glutathione system

and oxidative modification of proteins in adipocytes in experimental diabetes. Bulletin of Siberian medicine. 2011; 10 (3): 44-7 (in Russian)]

8. Иванов В.В., Шахристова Е.В., Степовая Е.А., Жаворонок Т.В., Новицкий В.В. Перекисное окисление липидов и система глутатиона в жировой ткани крыс с аллоксановым диабетом. Бюллетень СО РАМН. 2010; 30 (6): 101-4. [Ivanov V.V., Shakhristova E.V., Stepovaya E.A., Zhavoronok T.V., Novitsky V.V. Lipid peroxidation and the glutathione system in adipose tissue of rats with alloksan diabetes. Bulletin of the Russian Academy of medical Sciences. 2010; 30 (6): 101-4 (in Russian)]

9. Иванов В.В., Шахристова Е.В., Степовая Е.А., Федорова Т.С., Новицкий

В.В. Адипоцит. Сахарный диабет. Окислительный стресс. Томск, Печатная мануфактура. 2013; 12 с. [Ivanov V.V., Shakhristova E.V., Stepovaya E.A., Fedorova T.S., Novitsky V.V. Adipocyte. Diabetes mellitus. Oxidative stress. Tomsk: Printing manufactory. 2013 (in Russian)]

10. Лущак В.И. Свободнорадикальное окисление белков и его связь с функциональным состоянием организма. Биохимия. 2007; 72 (8): 995-1015.

[Lushhak V.I. Free radical oxidation of proteins and its connection with the functional state of the body. Biochemistry. 2007; 72 (8): 995-1015 (in Russian)]

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К., Бондарь И.А., Круговых Н.Ф.,

Труфакин В.А. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: фирма «Слово», 2006; 556 с. [Menshchikova E.B., Lankin V.Z., Zenkov N.K., Bondar I.A., Krugovyh N.F., Trufakin V.A. Oxidative stress. Prooxidant and antioxidant. M.: firm «Slovo», 2006; рр. 556 (in Russian)]

12. Berlett B., Stadtman E. Protein oxidation in aging, disease, and oxidative stress. J. for Biochemistry. 1997; 272 (33): 20313-6.

13. Curtis J., Grimsrud P., Wright W. Downregu-lation of adipose glutathione S-transferase A4 leads to increased protein carbon-ylation, oxidative stress, and mitochon-drial dysfunction. Diabetes. 2010; 59 (5): 1132-42.

14. Davies K. Protein damage and degradation by oxygen radicals. 1. General aspects. J. Biol. Chem. 1987; 262: 9895-901.

15. Doorn J., Petersen D. Covalent adduction of nucleophilic amino acids by 4-hydrox-ynonenal and 4-oxononenal. Chem. Biol. Interact. 2003; 143 (1): 93-100.

16. Grimsrud P., Xie H., Griffin T. Oxidative stress and covalent modification of protein with bioactive aldehydes. J. Biol. Chem. 2008; 283 (32): 21837-41.

17. Hermes-Lima M., Willmore W., Storey K. Quantification of lipid peroxidation in tissue extracts based on Fe(III)xylenol orange complex formation. Free Radic. Biol. Med. 1995;19: 271-80.

18. Kandulska K., Szkudelski T., Nogowski L. Lipolysis induced by alloksan in rat adi-pocytes is not inhibited by insulin. Physiol. Res. 1999; 48: 113-7.

19. Lenzen S. The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes. Diabetolo-gia. 2008; 51 (2): 216-26.

20. Rodbell M. Metabolism of isolated fat cells. Biol. Chem. 1964; 239: 375-80.

21. Stadtman E., Levine R. Protein oxidation. Ann N. Y. Acad. Sci. 2000; 899: 191-208.

22. Szkudelski T. The mechanism of alloxan end streptozotocin action in B cells of the rat pancreas. Physiol. Res. 2001; 50: 536-46.

23. Yagi Y., Matsuda M., Yagi K. Formation of lipoperoxide in isolated sciatic nerve by chinoform-ferric chelate. Experementia. 1976; 32 (7): 905-6.

* * *

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.