Физиологические изменения митохондрий при сахарном диабете и фармакологические подходы по их устранению

Гайибов У. Г.; Рузибоев Х. С.; Ералиев М. Э.; Позилов М. К.; Асраров М. И.; Абдулладжанова Н. Г.; Сяндань Ч.; Сыса А. Г.

Физиологические изменения митохондрий при сахарном диабете и фармакологические подходы по их устранению

Гайибов У. Г., Рузибоев Х. С., Ералиев М. Э., Позилов М. К., Асраров М. И., Абдулладжанова Н. Г., Сяндань Ч. , Сыса А. Г.

2023

https://doi.org/10.29235/1029-8940-2023-68-3-197-205

Изучено состояние перекисного окисления липидов (ПОЛ), дыхания и окислительного фосфорилирования, митохондриальной Са2+-зависимой поры (mPTP) и антирадикальной активности митохондрий печени крыс при диабете, индуцированном стрептозотоцином (STZ). Рассмотрены пути коррекции выявленных повреждений митохондриальных мембран с использованием полифенола госситана, выделенного из хлопчатника Gossypium hirsutum L. Показано, что скорость дыхания митохондрий печени в состояниях V3 и V4 при STZ-индуцированном диабете увеличивается, что выражается в значительном снижении коэффициентов дыхательного контроля (V3/V4) и фосфорилирования (ADP/O). Полученные данные свидетельствуют о том, что во время STZ-индуцированного диабета происходит разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования. Показано, что в условиях STZ-индуцированного диабета скорость набухания митохондрий печени выше, чем у интактных крыс, что предполагает открытое состояние mPTP. Госситан нормализует динамику mPTP, снижая эффекты STZ на митохондрии печени. Пози тивное влияние госситана (пероральная доза составляет 10 мг/кг массы тела в течение 8 дней) может быть опосредовано также антиоксидантными свойствами в отношении ПОЛ.

Гайибов У. Г., Рузибоев Х. С., Ералиев М. Э., Позилов М. К., Асраров М. И., Абдулладжанова Н. Г., Сяндань Ч. , Сыса А. Г. Физиологические изменения митохондрий при сахарном диабете и фармакологические подходы по их устранению. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2023;68(3):197-205. https://doi.org/10.29235/1029-8940-2023-68-3-197-205

Цитирование

Список литературы

1. Oliveira P. J. Cardiac mitochondrial alterations observed in hyperglycaemic rats – what can we learn from cell biology? Current Diabetes Reviews, 2005, vol. 1, no. 1, pp. 11–21. https://doi.org/10.2174/1573399052952578

2. Hajiaghaalipour F., Khalilpourfarshbafi M., Arya A. Modulation of glucose transporter protein by dietary flavonoids in type 2 diabetes mellitus. International Journal of Biological Sciences, 2015, vol. 11, no. 5, pp. 508–524. https://doi.org/10.7150/ijbs.11241

3. Kane G. C., Behfar A., Yamada S., Terzic C. P., O’cochlain F., Reyes S., Dzeja P. P., Miki T., Seino S., Terzic A. ATPsensitive K+ channel knockout compromises the metabolic benefit of exercise training, resulting in cardiac deficits. Diabetes, 2004, vol. 53, no. 3, pp. 169–175. https://doi.org/10.2337/diabetes.53.suppl_3.s169

4. Rolo A. P., Palmeira C. M. Diabetes and mitochondrial function: Role of hyperglycemia and oxidative stress. Toxicology and Applied Pharmacology, 2006, vol. 212, no. 2, pp. 167–178. https://doi.org/10.1016/j.taap.2006.01.003

5. Sakamoto J., Barr R. L., Kavanagh K. M., Lopaschuk G. D. Contribution of malonyl-CoA decarboxylase to the high fatty acid oxidation rates seen in the diabetic heart. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 2000, vol. 278, no. 4, pp. 1196–1204. https://doi.org/10.1152/ajpheart.2000.278.4.H1196

6. Asrarov M. I., Pozilov M. K., Ergaschev N. A., Rachmatullaeva M. M. The influence of the hypoglycemic agent glycorazmulin on the functional state of mitochondria in the rats with streptozotocin-induced diabetes. Problems of Endocrinology, 2014, vol. 60, no. 3, pp. 38–42. https://doi.org/10.14341/probl201460338-42

7. Salikhov S. I., Mavlyanov S., Abdulladjanova N. G., Pirniyazov A. J., Dalimov D. N., Salakhutdinov B. A., Kurmukov A. G. Polyphenols of some tannin containing plants and creation on their base drug remedies. New Research on Biotechnology and Medicine, 2006, pp. 109–117.

8. Lenzen S. The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes. Diabetologia, 2008, vol. 51, pp. 216–226. https://doi.org/10.1007/s00125-007-0886-7

9. Schneider W. C., Hageboom G. H., Pallade G. E. Cytochemical studies of mammalian tissues; isolation of intact mitochondria from rat liver; some biochemical properties of mitochondria and submicroscopic particulate material. Journal of Biological Chemistry, 1948, vol. 172, no. 2, pp. 619–635.

10. Peterson G. L. A simplification of the protein assay method of Lowry et al. which is more generally applicable. Analytical Biochemistry, 1977, vol. 83, no. 2, pp. 346–356. https://doi.org/10.1016/0003-2697(77)90043-4

11. He L., Lemasters J. J. Heat shock suppresses the permeability transition in rat liver mitochondria. Journal of Biological Chemistry, 2003, vol. 278, no. 19, pp. 16755–16760. https://doi.org/10.1074/jbc.M300153200

12. Chance B., Williams G. R. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. III. The steady state. Journal of Biological Chemistry, 1955, vol. 217, no. 1, pp. 409–427.

13. Boldyrev A. A., Kotelevtsev S. V., Lanio M., Al’vares K., Peres P. Introduction to biomembranology. Moscow, Moscow State University Publishing House, 1990. 208 p. (in Russian).

14. Marinova G., Batchvarov V. Evaluation of the methods for determination of the free radical scavenging activity by DPPH. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 2011, vol. 17, pp. 11–24.

15. Pozilov M. K., Ernazarov Z. M., Afzalova S. A., Asrarov M. I., Ergashev N. A., Komilov B. J. Effect of the plant flavonoid luteolin on a mitochondrial function in the streptozotocin-induced diabetic rats. American Journal of Biomedical and Life Sciences, 2020, vol. 8, no. 6, pp. 220–224. https://doi.org/10.11648/j.ajbls.20200806.15

16. Vengerovskii A. I., Khazanov V. A., Eskina K. A., Vasil’ev K. Yu. Effects of silymarin (hepatoprotector) and succinic acid (bioenergy regulator) on metabolic disorders in experimental diabetes mellitus. Byulleten’ eksperimental’noi biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine], 2007, vol. 144, no. 1, pp. 53–56.

17. Mustafakulov M. A., Rakhimov R. N., Saatov T. S. Study of antioxidant properties of polyphenols in diabetes model Sovremennye problemy genetiki, genomiki i biotekhnologii: sbornik tezisov respublikanskoi nauchnoi konferentsii (Tashkent, 16 maya 2019 goda) [Modern problems of genetics, genomics and biotechnology: collection of abstracts of the republican scientific conference (Tashkent, May 16, 2019)]. Tashkent, 2019, рp. 152–154 (in Uzbek).

18. Raza H., John A., Howarth F. C. Increased oxidative stress and mitochondrial dysfunction in zucker diabetic rat liver and brain. Cellular Physiology and Biochemistry, 2015, vol. 35, no. 3, pp. 1241–1251. https://doi.org/10.1159/000373947

19. Giacco F., Brownlee M. Oxidative stress and diabetic complications. Circulation Research, 2010, vol. 107, no. 9, pp. 1058–1070. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.110.223545

20. Ferreira F. M., Palmeira C. M., Seic R., Moreno A. J., Santos M. S. Diabetes and mitochondrial bioenergetics: alterations with age. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology, 2003, vol. 17, no. 4, pp. 214–222. https://doi.org/10.1002/jbt.10081

21. Gayibova S. N., Ivanišová E., Árvay J., Hŕstková M., Slávik M., Petrová J., Hleba L., Tóth N., Kačániová M., Ari- pov T. F. In vitro screening of antioxidant and antimicrobial activities of medicinal plants growing in Slovakia. Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences, 2019, vol. 8, no. 6, pp. 1276–1280. https://doi.org/10.15414/jmbfs.2019.8.6.1281-1289

22. Mierzliak J., Kostyn K., Kulma A. Flavonoids as important molecules af plant interaction with the environment. Molecules, 2014, vol. 16, no. 10, pp. 16240–16265. https://doi.org/10.3390/molecules191016240

23. Singh V., Mandhania S., Pal A., Kaur T., Banakar P., Sankaranarayanan K., Arya S. S., Malik K., Datten R. Morphophysiological and biochemical responses of cotton (Gossypium hirsutum L.) genotypes upon sucking insect-pest infestations. Physiology and Molecular Biology of Plants, 2022, vol. 28, no. 11–12, pp. 2023–2039. https://doi.org/10.1007/s12298-022-01253-w

24. Pietta P.-G. Flavonoids as antioxidants. Journal of Natural Products, 2000, vol. 63, no. 7, pp. 1035–1042. https://doi.org/10.1021/np9904509

25. Parker L. Flavonoids and other polyphenols. Methods and Enzymology, 2001, vol. 335, pp. 15–34.

26. Gayibov U. G., Komilov E. J., Rakhimov R. N., Ergashev N. A., Abdullajanova N. G., Asrorov M. I., Aripov T. F. Influence of new polyphenol compound from euphorbia plant on mitochondrial function. Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences, 2019, vol. 8, no. 4, pp. 1021–1025. https://doi.org/10.15414/jmbfs.2019.8.4.1021-1025

27. Gaiibov U. G., Komilov E. D., Ergashev N. A., Rakhimov R. N., Abdullazhanova N. G., Asrarov M. I., Aripov T. F. Antioxidant and membrane-active properties of 1,4,6 tri-o-galloyl-2,3-valoneyl-β-d-glucose. European Journal of Medicine. Series B, 2018, vol. 5, no. 1, pp. 3–15. https://doi.org/10.13187/ejm.s.b.2018.1.3

28. Salakhutdinov B. A., Gayibov U. G., Tilyabaev K. Z. Antioxidant and membrane activities of gossypol and its derivatives. Special edition. Uzbekskii biologicheskii zhurnal = Uzbek biological journal, 2010, pp. 83–87 (in Russian).

29. Fruehauf J. P., Meyskens F. L. Reactive oxygen species: A breath of life or death? Clinical Cancer Research, 2007, vol. 13, no. 3, pp. 789–796. https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-06-2082

30. Pozilov M. K., Asrarov M. I., Urmanova G. U., Eshbakova K. A. Protective effect of salvifolin on liver mitochondrial function in rats with experimental diabetes. European Science Review, 2015, no. 7–8, pp. 3–7.

31. Halestrap A. P., McStay G. P., Clarke S. J. The permeability transition pore complex: another view. Biochimie, 2002, vol. 84, no. 2–3, pp. 153–166. https://doi.org/10.1016/s0300-9084(02)01375-5

32. Haworth R. A., Hunter D. R. The Ca2+-induced membrane transition in mitochondria. II. Nature of the Ca2+ trigger site. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1979, vol. 195, no. 2, pp. 460–467. https://doi.org/10.1016/0003-9861(79)90372-2

33. Ehigie F. A., Ehigie L. O., Olanlokun O. J., Oyelere F. S., Oyebode O. T., Olorunsogo O. O. Inhibitory effect of the methanol leaf extract of momordica charantiaon liver mitochondrial permeability transition pore opening in alloxan-induced diabetic rats. European Journal of Biomedical and Pharmaceutical Sciences, 2019, vol. 6, no. 8, pp. 73–78.

Источник

Информация

Автор

Гайибов У. Г. Институт биоорганической химии имени академика А.С. Садыкова Академии наук Республики Узбекистан
Рузибоев Х. С. Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека
Ералиев М. Э. Республиканский научный Центр экстренной медицинской помощи
Позилов М. К. Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека
Асраров М. И. Институт биофизики и биохимии при Национальном университете Узбекистана имени Мирзо Улугбека
Абдулладжанова Н. Г. Институт биоорганической химии имени академика А.С. Садыкова Академии наук Республики Узбекистан
Сяндань Ч. Международный государственный экологический институт им. А.Д. Сахарова Белорусского государственного университета
Сыса А. Г. Международный государственный экологический институт им. А.Д. Сахарова Белорусского государственного университета

Страницы

197-205

Год издания

2023

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук