Энергетический метаболизм и редокс-статус системы глутатиона при экспериментальной ишемии головного мозга и ее коррекции метаболическими нейропротекторами

Титко О. В.; Лукиенко Е. П.; Радута Е. Ф.; Семенович Д. С.; Василевич А. А.; Полешук А. И.; Мойсеёнок А. Г.; Канунникова Н. П.

Энергетический метаболизм и редокс-статус системы глутатиона при экспериментальной ишемии головного мозга и ее коррекции метаболическими нейропротекторами

Титко О. В., Лукиенко Е. П., Радута Е. Ф., Семенович Д. С., Василевич А. А., Полешук А. И., Мойсеёнок А. Г., Канунникова Н. П.

2021

https://doi.org/10.29235/1814-6023-2021-18-3-274-283

Изучена способность комбинации пантенола, ацетилцистеина и наноселена восстанавливать баланс метаболических процессов при ишемии головного мозга у крыс. Для коррекции нарушений метаболизма применяли производные пантотеновой кислоты в комбинации с предшественниками биосинтеза глутатиона и препараты селена.Моделирование ишемии головного мозга осуществляли путем перевязывания обеих общих сонных артерий у крыс на 2 ч. Препараты вводили трижды (за 1 ч до перевязки сонных артерий, в момент перевязки и через 1 ч после перевязки) в следующих дозах: пантенол – 400 мг/кг (в/б), N-ацетилцистеин – 150 (в/б), наноселен – 1 мг/кг (в/б). Установлено, что развитие окислительного стресса при ишемии сопровождается изменением показателей энергетического обмена и пентозофосфатного пути в больших полушариях мозга. На этом фоне отмечаются снижение уровня GSH, повышение содержания GSSG и снижение соотношения GSH/GSSG, активация ферментов окислительно-восстановительных превращений глутатиона. Редокс-потенциал системы глутатиона снижается и сдвигается в сторону окисления, а уровень S-глутатионилированных белков повышается.Величина соотношения GSH/GSSG и интенсивность глутатионилирования белков являются чувствительными показателями редокс-потенциала в ткани мозга и могут использоваться в качестве маркеров степени изменения окислительно-восстановительного баланса. Введение животным пантенола приводит к снижению содержания продуктов свободнорадикального окисления, уменьшению нарушений окислительного фосфорилирования и восстановлению тиолдисульфидного баланса в мозге. При совместном введении пантенола с N-ацетилцистеином и наноселеном корригирующее действие пантенола усиливается.

Титко О. В., Лукиенко Е. П., Радута Е. Ф., Семенович Д. С., Василевич А. А., Полешук А. И., Мойсеёнок А. Г., Канунникова Н. П. Энергетический метаболизм и редокс-статус системы глутатиона при экспериментальной ишемии головного мозга и ее коррекции метаболическими нейропротекторами. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наук. 2021;18(3):274-283. https://doi.org/10.29235/1814-6023-2021-18-3-274-283

Цитирование

Список литературы

1. Neuroprotection for stroke: current status and future perspectives / J. Minnerup [et al.] // Int. J. Mol. Sci. – 2012. – Vol. 13, N 12. – P. 11753–11772. https://doi.org/10.3390/ijms130911753

2. Lyden, P. Mechanisms of action of neuroprotectants in stroke / P. Lyden, N. G. Wahlgren // J. Stroke Cerebrovasc. Dis. – 2000. – Vol. 9, N 6. – P. 9–14. https://doi.org/10.1053/jscd.2000.19316

3. Ginsberg, M. D. Neuroprotection for ischemic stroke: Past, present and future / M. D. Ginsberg // Neuropharmacology. – 2008. – Vol. 55, N 3. – P. 363–389. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2007.12.007

4. Gitler, A. D. Neurodegenerative disease: models, mechanisms, and a new hope / A. D. Gitler, P. Dhillon, J. Shorter // Dis. Models Mech. – 2017. – Vol. 10, N 5. – P. 499–502. https://doi.org/10.1242/dmm.030205

5. Oxidative stress in neurodegenerative diseases: from molecular mechanisms to clinical applications [Electronic resource] / Z. Liu [et al.] // Oxid. Med. Cell Longev. – 2017. – Vol. 2017. – Art. ID 2525967. https://doi.org/10.1155/2017/2525967

6. Oxidative stress, prooxidants, and antioxidants: the interplay / A. Rahal [et al.] // BioMed. Res. Int. – 2014. – Vol. 2014. – Art. ID 761264. https://doi.org/10.1155/2014/761264

7. Bacigaluppi, M. Nеw targets of neuroprotection in ischemic stroke / M. Bacigaluppi, D. M. Hermann // Sci. World J. – 2008. – Vol. 8. – Art. ID 974246. https://doi.org/10.1100/tsw.2008.94

8. Thiol redox homeostasis in neurodegenerative disease / G. J. McBean [et al.] // Redox Biol. – 2015. – Vol. 5. – P. 186–194. https://doi.org/10.1016/j.redox.2015.04.004

9. Activation of NADPH oxidase in Alzheimer’s disease brains / S. Shimohama [et al.] // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2000. – Vol. 273, N 1. – P. 5–9. https://doi.org/10.1006/bbrc.2000.2897

10. Ben-Yoseph, O. Assessment of the role of the glutathione and pentose phosphate pathways in the protection of primary cerebrocortical cultures from oxidative stress / O. Ben-Yoseph, P. A. Boxer, B. D. Ross // J. Neurochem. – 1996. – Vol. 66, N 6. – Р. 2329–2337. https://doi.org/10.1046/j.1471-4159.1996.66062329.x

11. Oxidized glutathione stimulated the amyloid formation of α-synuclein / S. R. Paik [et al.] // FEBS Lett. – 2003. – Vol. 537, N 1–3. – P. 63–67. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(03)00081-4

12. Пенионжкевич, Д. Ю. Новые технологии нейрометаболической терапии цереброваскулярных заболеваний / Д. Ю. Пенионжкевич, Ф. Е. Горбунов // Журн. неврологии и психиатрии имени С. С. Корсакова. – 2009. – Т. 109, № 7. – С. 19–22.

13. Tymianski, M. Can molecular and cellular neuroprotection be translated into therapies for patients? Yes, but not the way we tried it before / M. Tymianski // Stroke. – 2010. – Vol. 41, N 10, suppl. 1. – P. S87–S90. https://doi.org/10.1161/strokeaha.110.595496

14. Couto, N. The role of glutathione reductase and related enzymes on cellular redox homoeostasis network / N. Couto, J. Wood, J. Barber // Free Radic. Biol. Med. – 2016. – Vol. 95. – P. 27–42. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.02.028

15. 15. Pantothenic acid in maintaining thiol and immune homeostasis /A. G. Moiseenok [et al.] // BioFactors. – 2000. – Vol. 11, N 1–2. – P. 53–55. https://doi.org/10.1002/biof.5520110115

16. Panthenol as neuroprotectant: study in a rat model of middle cerebral artery occlusion / M. V. Onufriev [et al.] // Neurochem. J. – 2010. – Vol. 4, N 2. – P. 148–152. https://doi.org/10.1134/s181971241002011x

17. Результаты экспериментального и клинического изучения отечественного препарата пантевитола (пантенола) / М. А. Ковлер [и др.] // Пантенол и другие производные пантотеновой кислоты : материалы Междунар. симп., Гродно, 3–5 июня 1998 г. / Институт биохимии НАН Беларуси ; под ред. проф. А. Г. Мойсеёнка. – Гродно, 1998. – С. 99–106.

18. Олешкевич, Ф. В. Нейропротекторный эффект производных пантотеновой кислоты при хирургическом лечении артериальных аневризм головного мозга / Ф. В. Олешкевич, А. А. Скороход, А. Г. Мойсеёнок // Журн. теор. и клин. медицины. – 2000. – № 3. – С. 232–233.

19. Protective effect of ebselen, a seleno-organic antioxidant on neurodegeneration induced by hypoxia and reperfusion in stroke-prone spontaneously hypertensive rat / K. Yamagata [et al.] // Neuroscience. – 2008. – Vol. 153, N 2. – P. 428–435. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2008.02.028

20. Parnham, M. Ebselen: prospective therapy for cerebral ischaemia / M. Parnham, H. Sies // Expert Opin. Invest. Drugs. – 2000. – Vol. 9, N 3. – P. 607–619. https://doi.org/10.1517/13543784.9.3.607

21. N-acetyl cysteine restores limb function, improves mitochondrial respiration, and reduces oxidative stress in a murine model of critical limb ischaemia / A. Lejay [et al.] // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. – 2018. – Vol. 56, N 5. – P. 730–738. https://doi.org/10.1016/j.ejvs.2018.07.025

22. Моделирование глобальной ишемии головного мозга путем билатеральной окклюзии сонных артерий у бодрствующих гипертензивных крыс (SHR-SP) / Н. Н. Лобанова [и др.] // Бюл. эксперим. биологии и медицины. – 2008. – Т. 146, № 12. – С. 627–630.

23. Use of N,N-dimethyl-p-phenylenediamine to evaluate the oxidative status of human plasma / V. Verde [et al.] // Free Radic. Res. – 2002. – Vol. 36, N 8. – P. 869–873. https://doi.org/10.1080/1071576021000005302

24. Williamson, K. S. Fluorometric and colorimetric assessment of thiobarbituric acid-reactive lipid aldehydes in biological matrices / K. S. Williamson, K. Hensley, R. A. Floyd // Methods in Biological Oxidative Stress / eds. : K. Hensley, R. A. Floyd. – New York, 2003. – P. 57–65.

25. Hermes-Lima, M. Quantification of lipid peroxidation in tissue extracts based on Fe(III) xylenol orange complex formation / M. Hermes-Lima, W. G. Willmore, K. B. Storey // Free Rad. Biol. Med. – 1995. – Vol. 19, N 3. – P. 271–280. https://doi.org/10.1016/0891-5849(95)00020-x

26. Арутюнян, А. В. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма : метод. рекомендации / А. В. Арутюнян, Е. Е. Дубинина, Н. Н. Зыбина ; под ред. В. Х. Хавинсона. – СПб. : С.-Петерб. ин-т биорегуляции и геронтологии, 2000. – 102 с.

27. Ninfali, P. Methods for studying the glucose-6-phosphate dehydrogenase activity in brain areas / P. Ninfali, G. Aluigi, A. Pompella // Brain Res. Protocols. – 1997. – Vol. 1, N 4. – P. 357–363. https://doi.org/10.1016/s1385-299x(97)00011-1

28. Quirós, P. M. Determination of aconitase activity: a substrate of the mitochondrial ion protease / P. M. Quirós // Methods in Molecular Biology / eds. : S. Cal, A. Obaya. – New York, 2018. – Vol. 1731. – P. 49–56. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7595-2_5

29. Ещенко, Н. Д. Определение количества янтарной кислоты и активности сукцинатдегидрогеназы / Н. Д. Ещенко, Г. Г. Вольский // Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен) : учеб. пособие / М. И. Прохорова [и др.] ; под ред. М. И. Прохоровой. ‒ Л., 1982. – С. 207–212.

30. Биссвангер, Х. Практическая энзимология : учеб. пособие / Х. Биссвангер ; пер. с англ. Т. П. Мосоловой. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 328 c.

31. Anderson, M. Determination of glutathione and glutathione disulfide in biological samples / M. Anderson // Methods in Enzymology. – Orlando, 1985. – Vol. 113 : Glutamate, Glutamine, Glutathione, and Related Compounds / ed. A. Meister. – P. 548–555.

32. Rahman, I. Assay for quantitative determination of glutathione and glutathione disulfide levels using enzymatic recycling method / I. Rahman, A. Kode, S. K. Biswas // Nat. Protocols. – 2006. – Vol. 1, N 6. – P. 3159–3165. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.378

33. Smith, I. K. Assay of glutathione reductase in crude tissue homogenates using 5,5ˊ-dithiobis(2-nitrobenzoic acid) / I. K. Smith, T. L. Vierheller, C. A. Thorne // Anal. Biochem. – 1988. – Vol. 175, N 2. – P. 408–413. https://doi.org/10.1016/0003-2697(88)90564-7

34. Flohé, L. Assays of glutathione peroxidase / L. Flohé, W. A. Günzler // Methods in Enzymology. – Orlando, 1984. – Vol. 105 : Oxygen Radicals in Biological Systems / ed. L. Packer. – P. 114–121.

35. Menon, D. A fluorometric method to quantify protein glutathionylation using glutathione derivatization with 2,3-naphthalenedicarboxaldehyde / D. Menon, P. G. Board // Anal. Biochem. – 2013. – Vol. 433, N 2. – P. 132–136. https://doi.org/10.1016/j.ab.2012.10.009

Источник

Информация

Автор

Титко О. В. Институт биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси
Лукиенко Е. П. Институт биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси
Радута Е. Ф. Институт биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси
Семенович Д. С. Институт биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси
Василевич А. А. Гродненский государственный университет имени Янки Купалы
Полешук А. И. Гродненский государственный университет имени Янки Купалы
Мойсеёнок А. Г. Институт биохимии биологически активных соединений НАН Беларуси
Канунникова Н. П. Гродненский государственный университет имени Янки Купалы

Страницы

274-283

Год издания

2021

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наук