Аннотация
В настоящей работе дана сравнительная оценка состояния карбонилирования белков с определением резервно-адаптационного потенциала и анализом доли первичных и вторичных маркеров окислительного повреждения белков, возникающего в митохондриях, полученных из эпидидимиса крыс при окислительном стрессе, вызванном гипергомоцистеинемией и L-NAME-опосредованном ингибировании NO-синтаз. Продемонстрировано, что усиление окислительной модификации митохондриальных белков под влиянием высокого уровня гомоцистеина сопровождается снижением концентрации метаболитов NO (II) и сходно с изменениями, вызванными введением неселективного ингибитора NO-синтаз - L-NAME. Эти изменения сопровождаются признаками вторичной митохондриальной дисфункции в виде уменьшения активности сукцинатдегидрогеназы, Н+-ATPase, лактатдегидрогеназы, увеличения уровня лактата и снижения содержания карнитина. При этом выраженность изменений исследуемых параметров различалась в митохондриях тканей головки и хвоста придатка яичка крыс. В головке эпидидимиса наблюдались метаболические сдвиги, связанные с изменением биоэнергетических процессов - увеличение концентрации митохондриального лактата, при одновременном уменьшении активности лактатдегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы и Н+-ATPase митохондрий. В тканях хвоста отмечались эффекты, которые носили в большей степени защитный характер и были направлены на поддержку его функциональной активности в условиях окислительного стресса.
Литература
Jung J.H., Seo J.T. (2014) Empirical medical therapy in idiopathic male infertility: Promise or panacea? Clin Exp Reprod Med 41: 108–114. https://doi.org/10.5653/cerm.2014.41.3.108
Agarwal A., Mulgund A., Hamada A., Chyatte M.R. (2015) A unique view on male infertility around the globe. Reprod Biol Endocrinol 13: 1–9. https://doi.org/10.1186/s12958-015-0032-1
Lebedev G.S., Golubev N.A., Shaderkin I.A., Shaderkina V.A., Apolikhin O.I., Sivkov A.V., Komarova V.A. (2019) Male infertility: epidemiology and causes. Statistics in the Russian Federation in 2000-2018 years. Exp Сlinical Urol 11: 4–12. https://doi.org/10.29188/2222-8543-2019-11-4-4-12
Tengan C.H., Moraes C.T. (2017) NO control of mitochondrial function in normal and transformed cells. Biochim Biophys Acta - Bioenerg 1858: 573–581. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2017.02.009
Sies H., Jones D.P. (2020) Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nat Rev Mol Cell Biol 21: 363–383. https://doi.org/10.1038/s41580-020-0230-3
Almansa-Ordonez A., Bellido R., Vassena R., Barragan M., Zambelli F. (2020) Oxidative stress in reproduction: A mitochondrial perspective. Biology (Basel) 9: 1–21. https://doi.org/10.3390/biology9090269
Ramalho-Santos J., Varum S., Amaral S., Mota P.C., Sousa A.P., Amaral A. (2009) Mitochondrial functionality in reproduction: From gonads and gametes to embryos and embryonic stem cells. Hum Reprod Update 15: 553–572. https://doi.org/10.1093/humupd/dmp016
Aitken R.J., Flanagan H.M., Connaughton H., Whiting S., Hedges A., Baker M.A. (2016) Involvement of homocysteine, homocysteine thiolactone, and paraoxonase type 1 (PON-1) in the etiology of defective human sperm function. Andrology 4: 345–360. https://doi.org/10.1111/andr.12157
Barroso M., Handy D.E., Castro R. (2017) The Link Between Hyperhomocysteinemia and Hypomethylation. J Inborn Errors Metab Screen 5:232640981769899. https://doi.org/10.1177/2326409817698994
Scott J.M., Weir D.G., Molloy A., McPartlin J., Daly L., Kirke P. (1994) Folic acid metabolism and mechanisms of neural tube defects. Ciba Found Symp 181: 180-191. https://doi.org/10.1002/9780470514559.ch11
Schalinske K.L., Smazal A.L. (2012) Homocysteine Imbalance: A pathological metabolic marker. Adv Nutr 3: 755–762. https://doi.org/10.3945/an.112.002758
Finkelstein J.D. (1998). The metabolism of homocysteine: pathways and regulation. European journal of pediatrics 157(2): 40–44. https://doi.org/10.1007/pl00014300
Медведев Д.В., Звягина В.И., Урясьев О.М., Бельских Э.С., Булатецкий С.В., Рябков А.Н. (2017) Метаболические изменения в митохондриях лёгких при экспериментальной гипергомоцистеинемии у крыс. Биомедицинская химия 63(3): 248–254. https://doi.org/10.18097/PBMC20176303248 [Medvedev D.V., Zvyagina V.I., Uryasev O.M., Belskikh E.S., Bulatetskiy S.V., Ryabkov A.N. (2017). Metabolicheskie izmeneniia v mitokhondriiakh legkikh pri éksperimental'noĭ gipergomotsisteinemii u krys. Biomeditsinskaia khimiia 63(3): 248–254. (In Russ)]. https://doi.org/10.18097/PBMC20176303248
Sharma S., Sud N., Wiseman D.A., Carter A.L., Kumar S., Hou Y., Rau T., Wilham J., Harmon C., Oishi P., Fineman J.R., Black S.M. (2008) Altered carnitine homeostasis is associated with decreased mitochondrial function and altered nitric oxide signaling in lambs with pulmonary hypertension. Am J Physiol - Lung Cell Mol Physiol 294: 46–56. https://doi.org/10.1152/ajplung.00247.2007
Black S.M., Field-Ridley A., Sharma S., Kumar S., Keller R.L., Kameny R., Maltepe E., Datar S.A., Fineman J.R. (2017) Altered carnitine homeostasis in children with increased pulmonary blood flow due to ventricular septal defects. Pediatr Crit Care Med 18: 931–934. https://doi.org/10.1097/PCC.0000000000001275
Agarwal A., Said T.M. (2004). Carnitines and male infertility. Reproductive biomedicine online 8(4): 376–384. https://doi.org/10.1016/s1472-6483(10)60920-0
Elbashir S., Magdi Y., Rashed A., Henkel R., Agarwal A. (2021) Epididymal contribution to male infertility: An overlooked problem. Andrologia 53: 1–14. https://doi.org/10.1111/and.13721
Park Y-J., Pang M-G. (2021) Mitochondrial Functionality in Male Fertility: From Spermatogenesis to Fertilization. Antioxidants 10: 98. https://doi.org/10.3390/antiox10010098
Реброва О.Ю. (2003) Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA М., МедиаСфера [Rebrova O.Ju. (2003) Statisticheskij analiz medicinskih dannyh. Primenenie paketa prikladnyh programm STATISTICA M. [Statistical analysis of medical data. Application of the STATISTICA M application software package], MediaSfera (In Russ)].
Медведев Д.В., Звягина В.И., Фомина М.А. (2014) Способ моделирования тяжелой формы гипергомоцистеинемии у крыс. Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова 22(4): 42–46. [Medvedev D.V., Zvyagina V.I., Fomina M.A. (2014) Modeling of severe hyperhomocysteinemia in rats. I.P. Pavlov Russian Medical Biological Herald 22(4): 42-46. (In Russ)]. https://doi.org/10.17816/PAVLOVJ2014442-46
Покровский М.В., Покровская Т.Г., Кочкаров В.И., Артюшкова Е.Б. (2008) Эндотелиопротекторные эффекты L-аргинина при моделировании дефицита окиси азота. Эксперим. и клин. фармакол. 71(2): 29–31. [Pokrovskii M.V., Pokrovskaya T.G., Kochkarov V.I., Artyushkova E.B. (2008) Endothelioprotective properties of L-arginine on a nitric oxide deficiency model. Eksperimental’naya i klinicheskaya farmakologiya. 71(2): 29–31. (In Russ)].
Wang Z.Y., Håkanson R. (1995) Role of nitric oxide (NO) in ocular inflammation. British journal of pharmacology 116(5): 2447–2450. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.1995.tb15094.x
Метельская В.А., Гуманова Н.Г. (2005) Скрининг-метод определения уровня метаболитов оксида азота в сыворотке крови. Клиническая лабораторная диагностика 6:15-18. [Metelskaya V.A., Gumanova N.G. (2005) Screening method for determining the level of nitric oxide metabolites in blood serum. Clinical Laboratory Diagnostics 6:15-18. (In Russ)].
Прохорова М.И. (ред.) (1986) Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен), Издательство Ленинградского университета, Л. [Prokhorova M. I. (ed.) (1986) Methods of biochemical research (lipid and energy metabolism), L., Leningrad University Press, (In Russ)].
Серебров В.Ю., Суханова Г.А. (ред.) (2008) Биоэнергетика клетки. Томск: Сибирский государственный медицинский университет. [Serebrov V. Yu., Sukhanova G. A. (eds.) (2008) Bioenergetics of the cell Tomsk: Siberian State Medical University (In Russ)].
Костюк В.А., Потапович А.И., Ковалева Ж.В. (1990) Простой и чувствительный метод определения активности супероксиддисмутазы, основанный на реакции окисления кверцетина. Вопросы медицинской химии 36 (2): 88-91. [Kostjuk V. A., Potapovich A.I., Kovaleva Zh.V. (1990) A simple and sensitive method for determining the activity of superoxide dismutase, based on the quercetin oxidation reaction. Voprosy medicinskoj khimii. – Question of medical chemistry 36(2): 88-91. (In Russ)].
Фомина М.А., Абаленихина Ю.В. (2018) Окислительная модификация белков тканей при изменении синтеза оксида азота. М.: Изд-во ГЭОТАР-Медиа. [Fomina M.A., Abalenikhina Yu.V. (2018) Okislitelʹnaya modifikatsiya belkov tkaney pri izmenenii sinteza oksida azota. (Oxidative modification of tissue proteins by changing the synthesis of nitric oxide.) Moscow: GEOTAR-Media. (In Russ)].
Wan L., Hubbard R.W. (1998). Determination of free and total carnitine with a random-access chemistry analyzer. Clinical chemistry 44(4): 810–816.
Fukai T., Ushio-Fukai M. (2011) Superoxide dismutases: role in redox signaling, vascular function, and diseases. Antioxidants & redox signaling 15(6): 1583–1606. https://doi.org/10.1089/ars.2011.3999
Brooks G.A. (2020) Lactate as a fulcrum of metabolism. Redox Biol 35: 101454. doi: 10.1016/j.redox.2020.101454
Kopincová J., Púzserová A., Bernátová I. (2012) L-NAME in the cardiovascular system – nitric oxide synthase activator? Pharmacol Reports 64: 511–520. https://doi.org/10.1016/s1734-1140(12)70846-0.
Kaplan P., Tatarkova Z., Sivonova M.K., Racay P., Lehotsky J. (2020) Homocysteine and Mitochondria in Cardiovascular and Cerebrovascular Systems. Int J Mol Sci 21(20): 7698. doi: 10.3390/ijms21207698.
Steed M.M., Tyagi S.C. (2011) Mechanisms of cardiovascular remodeling in hyperhomocysteinemia. Antioxid Redox Signal 15: 1927–43. https://doi.org/10.1089/ars.2010.3721
Stühlinger M.C., Tsao P.S., Her J.H., Kimoto M., Balint R.F., Cooke J.P. (2001) Homocysteine impairs the nitric oxide synthase pathway role of asymmetric dimethylarginine. Circulation 104: 2569–2575. https://doi.org/10.1161/hc4601.098514
Jin L., Caldwell R.B., Li-Masters T., Caldwell R.W. (2007) Homocysteine induces endothelial dysfunction via inhibition of arginine transport. J Physiol Pharmacol 58: 191–206.
Звягина В.И., Бельских Э.С., Урясьев О.М., Медведев Д.В., Киселева В.А., Твердова Л.В. (2018) Влияние карнитина хлорида на митохондрии сердца крыс при моделировании гипергомоцистеинемии. Медицинский Вестник Северного Кавказа 13(1): 78-81. [Zvyagina V.I., Belskikh E.S., Uryasyev O.M., Medvedev D.V., Kiseleva V.A., Tverdova L.V. (2018) Influence of carnitine chloride on mitochondria of the heart of rats during the modeling of hyperhomocysteinemia. Medical News of the North Caucasus 13(1): 78-81. (In Russ)]. https://doi.org/10.14300/mnnc.2018.13022
Mastrototaro L., Sponder G., Saremi B., Aschenbach J.R. (2016) Gastrointestinal methionine shuttle: Priority handling of precious goods. IUBMB Life 68(12): 924-934. https://doi.org/10.1002/iub.1571
Dayal S., Lentz S.R. (2005) ADMA and hyperhomocysteinemia. Vascular medicine (London, England) 10(2): 27–33. https://doi.org/10.1191/1358863x05vm599oa
Tain Y., Hsu C. (2017) Toxic Dimethylarginines: Asymmetric Dimethylarginine (ADMA) and Symmetric Dimethylarginine (SDMA). Toxins 9(3): 92. https://doi.org/10.3390/toxins9030092
Ogawa T., Kimoto M., Watanabe H., Sasaoka K. (1987) Metabolism of NG,NG-and NG,N'G-dimethylarginine in rats. Arch Biochem Biophys 252(2): 526-537. https://doi.org/10.1016/0003-9861(87)90060-9
Obal D., Dai S., Keith R., Dimova N., Kingery J., Zheng Y.-T., Zweier J., Velayutham M., Prabhu S.D., Li Q., Conklin D., Yang D., Bhatnagar A., Bolli R., Rokosh G. (2012) Cardiomyocyte-restricted overexpression of extracellular superoxide dismutase increases nitric oxide bioavailability and reduces infarct size after ischemia/reperfusion Basic Res Cardiol, 107(6):305. https://doi.org/10.1007/s00395-012-0305-1
Radi R. (2018). Oxygen radicals, nitric oxide, and peroxynitrite: Redox pathways in molecular medicine. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 115(23): 5839–5848. https://doi.org/10.1073/pnas.1804932115
Kuznetsov A. V., Margreiter R. (2009) Heterogeneity of mitochondria and mitochondrial function within cells as another level of mitochondrial complexity. International journal of molecular sciences 10(4): 1911–1929. https://doi.org/10.3390/ijms10041911