CC BY
24
© Юрченко П. О.
УДК 546. 221. 1: 616. 83: 616. 153 Юрченко П. О.
вплив 13ольовано1 ппергомоцистешеми на систему Г1ДРОГЕНСУЛЬФ1ДУ в головному М03КУ ЩУР1В
Вшницький нацюнальний медичний ушверситет ¡мен1 М. I. Пирогова (м. Вшниця)
Робота виконана в рамках планово! НДР кафе-дри бюлопчно'| та загально! xiMiï Вшницького нацю-нального медичного уыверситету iM. M. I. Пирогова: «Обмш гомоцистешу в умовах дм ну^ентних чинни-кiв та при рiзниx патологiчниx станах», № держ. рее-страцiï 0106U005134.
Вступ. Гiпергомоцистеïнемiя (ГГЦ) асоцюеться з розвитком нейроваскулярних та нейродегенера-тивних захворювань. В процес обмiну гомоцистешу (ГЦ) в ппокамт, мозочку, корi, стовбурi мозку, цере-бральних судинах утворюеться бiологiчно-активна молекула гщрогенсульфщ (H2S), що виконуе функ-цiï нейротрансмiттера, цитопротектора та антиок-сиданта [11,12]. Синтез H2S в мозку забезпечують тридоксальфосфатзалежы ензими - цистатюнш-ß-синтаза, цистеïнамiнотрансфераза у асо^ацм з 3-меркаптопiруватсульфуртрансферазою [17]. Не виключаеться i можливiсть синтезу H2S в мозку з альтернатив них джерел, наприклад тюсульфат-анiону. Деградацiя H2S може здiйснюватись неензи-матичним та ензиматичним шляхом, одним з етатв якого е окиснення сульфiт-анiону за участ сульфiтоксидази у мiтоxондрiяx [16]. Особливос-тi обмiну H2S в мозку за умов ГГЦ остаточно не з'ясоваы, а Ыформа^я про джерела ендогенного H2S постiйно розширюеться. Виникае питання, як впливае ГГЦ на вмют H2S, активнiсть ензимiв його синтезу та деградаци.
Метою роботи було вивчити показники обмiну H2S в мозку щурiв з iзольованою пiдгострою та тривалою ГГЦ, Ыдукованою введенням тiолактону ГЦ.
Об'ект i методи дослщження. Дослiди прове-денi на 56 бтих лабораторних щурах-самцях масою 220-280 г. Тварини перебували в стандартних умовах вiварiю з природым свiтловим режимом день/ ыч, воду i корм отримували ad libitum. Пщ час експе-римен^в тварин годували напiвсинтетичною крох-мально-казешовою дieтою iз збалансованим вмю-том всix макро- та мiкронутрieнтiв [1]. Дослiдження проведено за загальними етичними принципами експеримен^в на тваринах, ухвалених Першим на-цiональним конгресом Украши з бiоетики (Kиïв, 2001), «6вропейсько'| конвенцiï про захист хребет-них тварин, що використовуються для дослщних та iншиx наукових цтей» (Страсбург, 1986), iншиx
peter777ah@mail.ru
MixHapoflHMX yrofl Ta HauioHa^bHoro 3aKOHOflaBCTBa b öiM ra.ny3i.
TBapMH BMnaflKoBMM hmhom po3noäi.RnM Ha rpynM, no 8-10 ocoömh b KoxHiM. Mofle^b ¡3o.nboBaHoi ITI4 (niflrocTpol Ta TpMBa.ol) CTBopioBa/iM wjihxom BBe-äeHHA Tio.aKToHy D,L-roMoöMCTeiHy (Sigma, C0A) b/
Ha 1 % KpoxMa.bHoMy re.i b äo3i 200 Mr/Kr ynpo-aobx 14 fli6 aöo b äo3i 100 Mr/Kr ynpoäoBx 28 fli6, BiflnoBiflHo. l^ypaM KoHTpo.bHMX rpyn bboam.m eKBi-Ba.eHTHi Ki.bKocTi 1% KpoxMa.bHoro re.i. 3HexMB-.iBa.M TBapMH MeToäoM fleKaniTauil niä npono^o.o-bmm HapKo3oM («Fresenius Kabi» 60 Mr/Kr b/o).
BMicT H2S b ro.oBHoMy Mo3Ky BM3Hana.M ak onM-caHo [4]. Mo3ok npoMMBa.M xo.oahmm 1,15 % po3HM-hom KCl, HaBaxKy TKaHMHM roMoreHi3yBa.M 1-2 xb. b cepefloBM^i 0,01 M NaOH y cniBBiflHorneHHi 1:5 (Maca/ oö'gm) npM 3000 o6/xb (Te^/ioH-CK/io). flo 1 m. roMo-reHaTy äoäaBa.M 250 mk. 50 % TXO, ueHTpM^yryBa.M npM 1200 g 15 xb., b cynepHaTaHTi BM3Hana.M BMicT H2S 3a peaKöiero 3 N,N-flMMeTM.-napa-0eHi.eHfliaMiHoM b npMcyTHocTi FeCl3. fl/ia nonepeäxeHHA BTpaT H2S Ma-Hiny.^uil npoBoflM.M y CTepM.bHMx repMeTM3oBaHMx n.acTMKoBMx npoöipKax.
fl/ia iH0Mx floc.iflxeHb mo3ok roMoreHi3yBa.M 1-2 xb. b oxo.oflxeHHoMy cepeäoBMi^i 1,15 % KCl y cniB-BiflHorneHHi 1:4 (Maca/oö'eM) npM 3000 o6/xb (Te^.oH-ckjio). UeHTpM^yryBa.M 30 xb npM 600 g npM 4oC, BiflÖMpa.M a.iKBoTM nocTAäepHoro cynepHaTaHTy b Mi-KponpoöipKM Eppendorf i äo npoBeäeHHA floc.iflxeHb 3Öepira.M npM -20oC. AKTMBHicTb H2S-CMHTe3yioHMx eH3MMiB öMCTaTioHiH-ß-CMHTa3M (U5C, KO 4.2.1.22), UMCTeiHaMiHoTpaHC0epa3M (ÖAT, KO 2.6.1.3) pa3oM i3 3-MepKanTonipyBaTcy.b0ypTpaHC0epa3oro (3-MCT, KO 2.8.1.2), Tiocy.b0aTflMTio.cy.b0iflTpaHC0epa3M (TCT, KO 2.8.15) b nocTHäepHoMy cynepHaTaHTi Mo3Ky oöiHiBa.M ak onMcaHo [3].
3ara.bHy 0BMäKicTb yTM.i3auii H2S b Mo3Ky bm-3Hana.M 3a äonoMoroio Mofle.bHol CMCTeMM (üaTeHT № 87884): äo 1 m. iHKyöauiMiHoro cepefloBM^a, AKe MicTM.o 312 mkM Na2S, 0,47 mM TpMC-HCI 6y0epy (pH 7,4) äoäaBa.M 0,1 m. (1 Mr npoTerny) nocTAäep-Horo cynepHaTaHTy roMoreHaTy Mo3Ky, iHKyöyBa.M npM 37oC b repMeTM3oBaHMx npoöipKax, i nepe3 30 xb. BM3Hana.M BMicT cy.b^iä-aHioHy 3a peaKöiero 3 N,N-äMMeTM.-napa-^eHi.eHäiaMiHoM [2]. nMToMy 0BMä-KicTb yTM.i3auii H2S po3paxoByBa.M 3a 3HMxeHHAM
кoнцeнтpaцiÏ cyльфiд-aнioнy i виpaжaли y нмoль S2"/xв■мг пpoтeÏнy. Aктивнicть cyльфiтoкcидaзи (КФ 1.8.3.1} визнaчaли зa швидкicтю oкиcнeння сульф^-aнioнy в пpиcyтнocтi гeкcoцiaнoфeppaтy галю [5]. Bмicт ГЦ в cиpoвaтцi кpoвi визнaчaли зa нaбopoм «Homocysteine EIA» (A x is-Shield, Aнглiя).
Cтaтиcтичний aнaлiз пpoвoдили з викopиcтaн-ням t-кpитepiю Cтьюдeнтa, для визнaчeння зв'язкiв мiж пoкaзникaми пpoвoдили кopeляцiйний aнaлiз пo Пipcoнy. Bipoгiдними ввaжaли дaнi пpи p < 0,05.
Peзyльтaти дocлiджeнь тa ïx oбгoвopeння. Cпoчaткy 6ув дocлiджeний вмicт H2S в мoзкy 18 íh-тaктниx cтaтeвoзpiлиx щypiв-caмцiв. Peзyльтaти нaшиx дocлiджeнь пoкaзaли, щo aбcoлютний вмicт H2S в мoзкy cтaнoвив 3,911 0,13 (Me = 3,79; CI 95 %% 3,30-4,84} мкг/г вoлoгoÏ ткaнини, щo вiдпoвiдaлo 2,70 t0,12 (Me = 2,55; CI 95 % 2,11-3,47} нмoль/ мг пpoтeÏнy. Bкaзaний вмicт H2S в мoзкy щypiв виявлявcя зa yмoв фiзioлoгiчнoгo бaзaльнoгo piвня ГЦ в cиpoвaтцi кpoвi - 6,57 t 0,23 (Me = 6,53; CI 95 %% 5,16-8,18} мкмoль/л. Пpи цьoмy cпiввiднoшeння мiж вмicтoм H2S тa ГЦ y iнтaктниx твapин cклaлo 0,43 t 0,03 (Me = 0,39; CI 95 % 0,27-0,67}.
Oтpимaнi нaми дaнi yзгoджyютьcя з peзyльтaтaми iншиx дocлiджeнь - вмют H2S в мoзкy мишвй CTa-нoвив 2,60 мкг/г тганини [4]. Cлiд вiдзнaчити, щo в бты±юст дocлiджeнь вмicт H2S визнaчaeтьcя зa pe-aкцieю з N,N-димeтил-пapa-фeнiлeндiaмiнoм в пpи-cyтнocтi FeCl3, щo пoтpeбye cильнo киcлoгo cepeд-oвищa i нe виключae вивiльнeння H2S з ткaнинниx дeпo. Ймoвipнo, внyтpiшньoклiтиннa кoнцeнтpaцiя вiльнoгo H2S е нaбaгaтo мeншoю, ocкiльки в мiтoxoн-дpiяx pH cтaнoвить бiля 7-8. B oднiй poбoтi пoкaзa-нo, щo визнaчeний мeтoдoм гaзoвoÏ xpoмaтoгpaфiÏ вмют вiльнoгo H2S в гoмoгeнaтax мoзкy щypiв CTa-нoвив 0,12 мкмoль/кг пpoтeÏнy, a киcлoтo-лaбiльнoÏ cipки - 916 мкмoль/кг пpoтeÏнy [7]. Oтжe, oтpимaний нaми пoкaзник cкopiшe вiдoбpaжae cyмy вiльнoÏ тa киcлoтo-лaбiльнoÏ фpaкцiÏ H2S в ткaнинax мoзкy.
14-дoбoвe ввeдeння тioлaктoнy ГЦ 200 мг/кг ви-кликaлo дocтoвipнe зpocтaння cиpoвaткoвoгo piвня ГЦ в 3,25 paзи, щo cyпpoвoджyвaлocь знижeн-ням вмюту H2S в мoзкy щypiв в 2,0 paзи (тaбл. 1}. 28-дoбoвe ввeдeння тioлaктoнy ГЦ викликaлo пiдвищeння вмicтy ГЦ в cиpoвaтцi кpoвi в 2,54 paзи тa знижeння вмicтy H2S в мoзкy в 2,1 paзи. Bмicт ГЦ y щypiв з пiдгocтpoю ГГЦ 6ув дocтoвipнo вищим (в 1,27 paзи}, ыж y щypiв з тpивaлoю ГГЦ, в той œe чac cyттeвиx вiдмiннocтeй зa piвнeм H2S в мoзкy мiж цими гpyпaми нe виявлялocь. 3a yмoв iзoльoвaнoÏ ГГЦ cпocтepiгaлocь cyттeвe знижeння вiднoшeння H2S (мoзoк} / ГЦ (cиpoвaткa} як зa yмoв 14-дoбoвoÏ мoдeлi (в 6,14 paзи), тaк i зa yмoв 2B-дoбoвoÏ мoдeлi (в 5,13 paзи). B цiлoмy, y щypiв з iзoльoвaнoю ГГЦ вмicт H2S в мoзкy cтaнoвив (Me; CI 95 %} - 1,28 (0,73; 2,18} нмoль/мг пpoтeÏнy, щo вiдпoвiдaлo 1,77 (1,02; 2,64} мкг/г вoлoгoÏ ткaнини, a вiднoшeння H2S / гoмoциcтeÏн cклaлo 0,07 (0,033; 0,149}.
Poзвитoк ГГЦ cyпpoвoджyвaвcя змiнaми в aктивнocтi H2S-cинтeзyючиx eнзимiв (тaбл. 2}. 3a yмoв пiдгocтpoÏ ГГЦ cпocтepiгaлocь
Taблиця 1
Bмicт гoмoциcтeГнy в cиpoвaтцi кpoвi тa H2S в мoзкy y щypiв з мoдeлями iзoльoвaнoГ ГГЦ (M ± m, n = 8-1G)
^упи щypiв ГoмoциcтeÏн (cиpoвaткa}, мкмoль/л H2S (мoзoк} нмoль/мг пpoтeÏнy H2S / гoмo-циcтeÏн
Tioлaктoн гoмoциcтeÏнy 200 мг/кг 14 дiб
1 Koнтpoль 6,58 + 0,40 2,72 + 0,19 0,43 + 0,05
2 ГГЦ (пiдгocтpa} 21,4 + 1,42* 1,33 + 0,15* 0,07 + 0,01*
T^anTOH гoмoциcтeÏнy 100 мг/кг 28 дiб
3 Koнтpoль 6,62 + 0,23 2,64 + 0,15 0,41+ 0,04
4 ГГЦ (тpивaлa) 16,8 + 0,92*# 1,24 + 0,12* 0,08 t 0,01*
Пpимiткa: * - p < 0,05 b^hocho вiдпoвiднoгo кoнтpoлю (мiж гpyпaми 1 тa 2; 3 тa 4}; # - p < 0,05 мж фугтми 2 тa 4.
Taблиця 2
Aктивнicть H2S-cинтeзyючиx eнзимiв в мoзкy y щypiв з мoдeлями iзoльoвaнoГ ГГЦ (M ± m, n = 8-1G)
Гpyпи щypiв Aкгивнicть eнзимiв, нмoль H2S /xB-мг пpoтeÏнy
ЦБО I4AT/3-MCT TCT
Tioлaктoн гoмoциcтeÏнy 200 мг/кг 14 дiб
1 Koнтpoль 0,472 t 0,044 0,385 t 0,025 1,83 t 0,08
2 ГГЦ (пiдгocтpa} 0,249 I 0,025* 0,265 I 0,020* 1,07 I 0,06*
T^anTOH гoмoциcтeÏнy 100 мг/кг 28 дiб
3 Koнтpoль 0,451 I 0,023 0,393 I 0,021 1,96 I 0,05
4 ГГЦ (тpивaлa) 0,297 I 0,018* 0,305 I 0,026* 1,34 i 0,09*#
Пpимiткa: * - p < 0,05 bwhocho вiдпoвiдмoгo кoмтpoлю (мiж дугами 1 тa 2; 3 тa 4}; # - p < 0,05 мж гpyпaми 2 тa 4.
дocтoвipнe знижeння швидкocтi ПAФЛ-зaлeжнoгo дecyльфypyвaння циcтeÏнy в пpиcyтнocтi ГЦ зa yчacтi ЦБC (в 1,89 paзи) тa в пpиcyтнocтi aльфa-кeтoглyтapaтy зa yчacтi ЦAT/3-MTC (в 1,45 paзи). Taкoж в юзку щypiв з пiдгocтpoю ГГЦ знижyвaлacь швидкicть yтвopeння H2S з тiocyльфaт-aнioнy зa yчacтi TCT (в 1,71 paзи). Tpивaлa ГГЦ викJlикaлa мaйжe cпiвcтaвнe з пiдгocтpoю ГГЦ знижeння aктивнocтi ЦБC, ЦAT/3-MCT тa TCT - в 1,52; 1,29 тa 1,46 paзи, вiдпoвiднo. Bмicт ГЦ в ^poBa^i êpoâi oбepнeнo кopeлювaв з вмicтoм H2S тa aurnBHic-тю циcтaтioнiн-ß-cинтaзи (r = -0,51; -0,71} в юзку. 3a чутливютю дo дeпpимyючoгo впливу ГГЦ H2S-cинтeзyючi eнзими юзку мoжнa poзтaшyвaти тaким чинoм ЦAT< TCT< ЦБа
Ha нacтyпнoмy eтaпi ми oцiнили чи змiнюeтьcя здaтнicть юзку дo yтилiзaцiÏ H2S зa уюв ГГЦ. BCTa-нoвлeнo, щo зa уюв пiдгocтpoÏ тa тpивaлoÏ ГГЦ дocтoвipнo зpocтaлa швидкicть yтилiзaцiÏ erao-гeннoгo H2S в 1,77 тa 1,70 paзи (тaбл. 3). Один iз eтaпiв eнзимaтичнoÏ дeгpaдaцiÏ H2S у мiтoxoндpiяx
Таблиця 3
Активтсть сульф1токсидази та швидмсть утил1зацГГ Н2Б в мозку у щурш з моделями ¡зольовано'Г ГГЦ (M ± m, n = 8-10)
Групи щур!в Сульф!токсидаза, нмоль [K3FeCN6] / хвмг протеУну Швидк!сть утил!-зац!У H2S, нмоль S2-/хв■мг протеУну
Тюлактон гомоцистеУну 200 мг/кг 14 д!б
1 Контроль 4,47 ± 0,29 0,184 ± 0,012
2 ГГЦ (п!дгостра) 2,36 ± 0,20* 0,326 ± 0,028*
Тюлактон гомоцистеУну 100 мг/кг 28 д!б
3 Контроль 4,10 ± 0,29 0,187 ± 0,017
4 ГГЦ (тривала) 2,24 ± 0,39* 0,318 ± 0,014*
ПримГтка: * - р < 0,05 вщносно вщповщного контролю (м1ж трупами 1 та 2; 3 та 4); # - р < 0,05 м1ж трупами 2 та 4.
катал!зуеться сульф!токсидазою, забезпечуе окис-нення сульф!т!в до сульфат!в. Введення т!олактону ГЦ ¡ндукувало зниження активност! цього ензиму при 14-добовому введенн! - в 1,90 рази, при 28-до-бовому введенн! - в 1,83 рази.
Таким чином, за умов !зольованоУ ГГЦ (середньоУ важкост! та пом!рноУ) формувався деф!цит H2S в мозку, що асоц!ювалось з! зниженням катал!тичноУ активност! Н^-синтезуючих ензим!в, п!двищенням загальноУ швидкост! деградац!У H2S та зниженням активност! сульф!токсидази.
Ц!лком очевидно, що ГГЦ-!ндукован! зм!ни в систем! H2S в мозку можуть мати несприятлив! на-сл!дки. Адже H2S проявляв нейропротекторн! влас-тивост!, запоб!гае розвитку глутамат-¡ндукованого оксидативного стресу та апоптозу нейрон!в [11; 12]. Механ!зми, що лежать в основ! формування ГГЦ-¡ндукованих зм!н в систем! H2S в мозку по-требують уточнення. Активн!сть ЦБС залежить в!д вм!сту S-аденозилмет!он!ну в нейронах, який може
ЛГтература
1. Г!пергомоцистеУнем!я: моделювання та вплив на стан судинноУ системи в експеримент! / О. О. Пентюк, М. Б. Луцюк, К. П. Постов!тенко [та ¡н.] // Досягнення б!олог!У та медицини. - 2004. - № 1 (3). - С. 35-38.
2. Пат. УкраУни на корисну модель № 87884 UA МПК (2013) G01N 30/22 Спос!б визначення утил!зац!У H2S в органах тва-рин / Н. В. За!чко, О. С. Ольховський, П. О. Юрченко, А. В. Мельник, О. I. Штатько; заявник та патентовласник НД1 реаб!л!тац!У !нвал!д!в ВНМУ ¡м. М. I. Пирогова. - № u2013 10024; заявл. 12.08.2013; опубл. 25.02.2014; Бюл. № 4.
3. Утворення г!дроген сульф!ду в органах щур!в / Н. В. За!чко, Н. О. Пентюк, А. В. Мельник [та ¡н.] // Медична х!м!я. -2009. - Vol. 11, № 4. - С. 7-13.
4. Carvedilol induces endogenous hydrogen sulfide tissue concentration changes in various mouse organs / B. Wilinski, J. Wilinski, E. Somogyi [et al.] // Folia Biol. (Krakow). - 2011. - Vol. 59, № 3-4. - P. 151-155.
5. Cohen H. J. Hepatic sulfite oxidase. Purification and properties / H. J. Cohen, I. Fridovich // J. Biol. Chem. - 1971. - Vol. 246, № 2. - P. 359-366.
6. Effects of sulphite supplementation on vascular responsiveness in sulphite oxidase-deficient rats / C. Nacitarhan, V. Kucuka-tay, G. Sadan [et al.] // Clin. E x p. Pharmacol. Physiol. - 2008. - Vol. 35, № 3. - P. 268-272.
7. Furne J. Whole tissue hydrogen sulfide concentrations are orders of magnitude lower than presently accepted values / J. Furne, A. Saeed, M. D. Levitt // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. - 2008. - Vol. 295, № 5. - P. 1479-1485.
8. Gadalla M. M. Hydrogen sulfide as a gasotransmitter / M. M. Gadalla, S. H. Snyder // J. Neurochem. - 2010. - Vol. 113. -P. 14-26.
9. Isolated sulphite oxidase deficiency mimics the features of hypoxic ischaemic encephalopathy / E. E. Hobson, S. Thomas, P. M. Crofton [et al.] // Eur. J. Pediatr. - 2005. - Vol. 164, № 11. - P. 655-659.
знижуватись за ГГЦ. В умовах оксидативного стресу може вщбуватись деградац!я H2S-синтезуючих ензим!в, адже ЦБС е редокс-чутливим гемвмю-ним протеУном [8]. ГЦ та його тюлактон мають високу реакц!йну здатнють ! вступають в реакци S- та N-гомоцистеУнування, змшюючи властивост! ензим!в [10]. Синтез H2S за участ! ЦАТ/ 3-МСТ до-зозалежно !нпбуеться юнами Са2 + [11], концен-трац!я яких в нейронах може зростати п!д впливом ексайтотоксичних !нтермед!ат!в ГЦ [13]. H2S може взаемод!яти з активними формами кисню, тюлами, протеУнами з утворенням нестабтьних персульф!-д!в (протеУн-SSH, т!отаурин, тюцистеш) [15]. ГГЦ-!ндуковане зниження активност! сульф!токсидази створюе умови для накопичення в мозку токсичного сульф!т-ан!ону, що може зб!льшувати оксидативний стес [14] та знижувати чутлив!сть судин до дм вазо-дилятатор!в [6]. В!домо, що дефщит сульф!токсида-зи в мозку !ндукуе енцефалопат!ю [9].
Отже, дисбаланс в систем! H2S в мозку може бути !нтегрованим в патогенез нейродегенеративних стан!в, асоц!йованих з ГГЦ.
Висновки.
1. 1зольована ГГЦ викликае зменшення в 2,0-2,1 рази вм!сту H2S в мозку; зниження в 1,26-1,89 рази активност! H2S-синтезуючих ензим!в (ЦБС, ЦАТ, ТСТ). Вм!ст ГЦ в сироватц! кров! обернено корелюе з вм!стом H2S та активн!стю ЦБС в мозку (r = -0,51; -0,71).
2. 1зольована ГГЦ спричиняе п!двищення загальноУ швидкост! деградаци Н.^ та зниження активност! сульф!токсидази в мозку щур!в, що св!дчить про дисбаланс у шляхах утил!зац!У H2S !з спов!льненням м!тохондр!альних етап!в.
Перспективи подальших дослГджень. Уточнення молекулярних механ!зм!в, що лежать в основ! формування ГГЦ-!ндукованих зм!н в систем! H2S в мозку, та розробка п!дход!в до корекци обм!ну с!р-ковм!сних модулятор!в в мозку за умов ГГЦ е пер-спективним напрямком подальших досл!джень.
10. Jakubowski H. The pathophysiological hypothesis of homocysteine thiolactone-mediated vascular disease / H. Jakubowski // J. Phys. Pharm. - 2008. - Vol. 59, Suppl. 9. - P. 155-167.
11. Kimura H. Hydrogen sulfide is a signaling molecule and a cytoprotectant / H. Kimura, N. Shibuya, Y Kimura // Antioxid. Redox. Signal. - 2012. - Vol. 17, № 1. - P. 45-57.
12. Kimura H. Physiological role of hydrogen sulfide and polysulfide in the central nervous system / H. Kimura // Neurochem. Int. - 2013. - Vol. 63, № 5. - P. 492-497.
13. L-homocysteine sulfinic acid and other acidic homocysteine derivatives are potent and selective metabotropic glutamate receptor agonists / Q. Shi, J. E. Savage, S. J. Hufeisen [et al.] // J. Pharmacol. E x p. Ther. - 2003. - Vol. 305, № 1. - P. 131-142.
14. Ozturk O. H. Effect of sulfite on antioxidant enzymes and lipid peroxidation in normal and sulfite oxidase-deficient rat erythrocytes / O. H. Ozturk, S. Oktar, M. Aydin, V. Kucukatay // J. Physiol. Biochem. - 2010 . - Vol. 66, № 3. - P. 205-212.
15. Paul B. D. H2S signalling through protein sulfhydration and beyond / B. D. Paul, S. H. Snyder // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. -2012. - Vol. 13, № 8. - P. 499-507.
16. Stein A. Redoxbiology of hydrogen sulfide : Implications for physiology, pathophysiology, and pharmacology / A. Stein, Sh. M. Bailey // Redox. Biology. - 2013. - № 1. - P. 32-39.
17. Vascular endothelium e x presses 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase and produces hydrogen sulfide / N. Shibuya, Y Mikami, Y Kimura [et al.] // J. Biochem. - 2009. - Vol. 146, № 5. - P. 623-626.
УДК 546. 221. 1: 616. 83: 616. 153
ВПЛИВ 130ЛЬ0ВАН0Т ппергомоцистеТнемп на систему гщрогенсульфщу в головному МОЗКУ ЩУР1В
Юрченко П. О.
Резюме. Доогмджено вплив ¡зольовано! ппергомоцистешемп (ГГЦ) на вмют гщрогенсульфщу (H2S), про-цеси його синтезу та утктзаци в мозку дорослих щур1в-самц1в. Введення тюлактону гомоцистешу (200 мг/ кг 14 д1б та 100 мг/кг 28 д1б в/шл) викликало достов1рне зменшення (в 2,0-2,1 рази) вмюту H2S, зниження активност H.^S-синтезуючих ензим1в, дисбаланс у шляхах утил1заци H2S. Формування дефщиту H2S в мозку може бути одним ¡з мехаызм1в реал1заци нейротоксично! дм ГГЦ.
Ключов1 слова: гомоцистеш, гщрогенсульфщ, ензими, метаболiзм, мозок.
УДК 546. 221. 1: 616. 83: 616. 153
влияние изолированой гипергомоцистеинемии на систему гидрогенсульфида в головом мозге крыс
Юрченко П. А.
Резюме. Исследовано влияние изолированной гипергомоцистеинемии (ГГЦ) на содержание гидроген сульфида (H2S), процессы его синтеза и утилизации в мозге взрослых крыс-самцов. Введение тиолактона гомоцистеина (200 мг/кг 14 суток и 100 мг/кг 28 суток интрагастрально) вызвало достоверное уменьшение (в 2,0-2,1 раза) содержания H2S, снижение активности H2S-синтезирующих энзимов, дисбаланс в путях утилизации H2S. Формирование дефицита H2S в мозге может быть одним из механизмов реализации нейро-токсического эффекта ГГЦ.
Ключевые слова: гомоцистеин, гидроген сульфид, энзимы, метаболизм, мозг.
UDC 546. 221. 1: 616. 83: 616. 153
Effect of Isolated Hyperhomocysteinemia on Hydrogen Sulfide System in Rats' Brain
Yurchenko P. О.
Abstract. Hyperhomocysteinemia (HHC) is associated with the development of neurovascular and neurodegenerative diseases. In the brain during homocysteine metabolism is formed a biologically active molecule of hydrogen sulfide (H2S), which served as a neurotransmitter, cytoproteсtor and antioxidant. Pyridoxal 5'-phosphate (PLP)-dependent enzymes such as cystathionine p-synthase (CBS) and cysteine aminotransferase (CAT) in association with 3-mercaptopyruvate sulfur transferase (3-MST) synthesize H2S in the brain. It is possible that H2S synthesize in the brain from the thiosulfate anion. Degradation of H2S can be carried in no- enzyme and enzyme ways, one step of which is the oxidation of sulfite anion due to the action of the sulfite oxidase in mitochondria. The question concerning the features of the H2S metabolism in the brain with the HHC has not been estimated yet. The aim was to study the effect of isolated hyperhomocysteinemia (HHC) on hydrogen sulfide (H2S) concentration, activity of its synthesis and utilization in the brain of adult rats.
Methods. Isolated HHC was created in 56 white laboratory male rats by intragastrically administration of thio^^ne homocysteine 200 mg / kg for 14 days or 100 mg / kg for 28 days. H2S brain level and activity of cystathionine beta-synthase (CBS, EC 4.2.1.22), cysteine aminotransferase (CAT, EC 2.6.1.3) in association with 3-mercaptopyruvate sulfur-transferase (3-MST, EC 2. 8.1.2), thiosulfate-dithiol sulfurtransferase (TST, EC 2.8.1.5) in brain were measured by reaction with N,N-dimethyl-p-phenylenediamine. Was estimated the activity of H2S utilization (Patent № 87884) and sulfite oxidase activity in rats brain.
Results and discussion. Administration of the thiolacton homocysteine caused significant decrease H2S level, reducing the activity of H2S-synthesizing enzyme, reducing imbalance in the ways of H2S utilization in rats brain. H2S
content in the brain of 18 intact mature male rats was 3. 91 ± 0.13 (Me = 3.79; CI 95 % 3.30-4.84) |ig / g wet tissue, which corresponded to 2.70 ± 0. 12 (Me = 2.55; CI 95 % 2.11-3.47) nmol / mg protein 2.70 ± 0.12 nmol/ mg protein. The same level of H2S was detected under the condition of physiological serum level of homocysteine (6.57 ± 0.23 mmol/l). Administration of thiolactone homocysteine in dose 200 mg / kg (14 days) and 100 mg / kg (28 days) increased the level of homocysteine in 3.25 and 2. 54 times (p < 0.05). H2S level in the brain was decreased in 2,02,1 times under the condition of the isolated HHC and the ratio H2S/ homocysteine was lower in 5,13-6,14 times (p < 0.05). H2S content in the rats' brain with isolated HHC was Me = 1.77 (CI 95 % 1.02, 2.64) |ig / g wet tissue, which corresponded to 1.28 (0.73; 2.18) nmol / mg protein. Activity of CBS, CAT / 3-MTS and TST was significant decrease (in 1.89, 1.45 and 1.71 times) under condition of 14-days long isolated HHC. Long-timed HHC caused less significant decrease in the enzymes activity (in 1,29-1,52 times). Homocysteine serum level correlated inversely with H2S content and CBS activity in the brain (r = -0.51; -0.71, p < 0.05). Utilization activity of H2S was significantly higher under conditions of the isolated HHC but sulfite oxidase activity was decreased in 1.83-1.90 times.
Conclusions. Isolated HHC causes the deficiency of H2S in the brain, which associates with the decrease in H2S-synthesizing enzyme catalytic activity and an imbalance in the ways of H2S utilization. H2S metabolic changes in the brain can be integrated in the pathogenesis of the neurodegenerative conditions, which are connected to the HHC. We propose that modulation of hydrogen sulfide production may be a useful therapeutic strategy of such disorders.
Keywords: homocysteine, hydrogen sulfide, enzymes, metabolism, brain.
Рецензент - проф. Тарасенко Л. М.
Стаття надшшла 18. 02. 2015 р.
