Влияние новых водорастворимых фенольных антиоксидантов на активность Nrf2-подконтрольных ферментов, систему глутатиона и транслокацию Nrf2 в ядро

Реферат

Понимание роли активированных кислородных метаболитов в формировании эустресса (редокс-баланс) и дистресса (окислительный стресс) ставит перед биомедиками и фармакологами новые задачи в поиске соединений, способных не только обладать непосредственным антиоксидантным (антирадикальным) действием, но и влиять на редокс-чувствительные сигнальные пути, в первую очередь систему Keap1/Nrf2/ARE. Цель настоящего исследования состояла в изучении влияния синтезированных нами водорастворимых структурно-родственных монофенолов на систему Keap1/Nrf2/ARE по воздействию на ключевые элементы ее индукции (активность Nrf2-подконтрольных ферментов, состояние системы глутатиона и внутриклеточное перераспределение транскрипционного фактора Nrf2). Материал и методы. В экспериментах на клетках линий U937 и J774 проведен сравнительный анализ способности структурно взаимосвязанного ряда пяти оригинальных гидрофильных монофенолов, отличающихся количеством трет-бутильных орто-заместителей, длиной пара-алкильного заместителя и наличием в нем атома двухвалентной серы или селена (в качестве препарата сравнения использовали феноксан, калиевую соль фенозан-кислоты), индуцировать синтез Nrf2-подконтрольных ферментов II фазы детоксикации ксенобиотиков и антиоксидантных ферментов (NAD(P)H:хиноноксидоредуктазы 1 (NQO1), глутатион-S-трансфераз (GST), глутатионпероксидаз, глутатионредуктазы; биохимическими спектрофотометрическими методами изучали их активность после 24-часовой инкубации с клетками), а также влиять на состояние системы глутатиона (спектрофотометрия) и транслокацию транскрипционного фактора Nrf2 в ядро (иммунофлуоресцентное окрашивание, конфокальная микроскопия) (ключевые моменты активации сигнальной системы Keap1/Nrf2/ARE). Результаты и их обсуждение. Установлено, что наиболее эффективным индуктором указанных ферментов в клетках U937 среди структурных аналогов является монофенол ТС-13, при этом для реализации данного эффекта важны строение пара-алкильного заместителя и степень экранирования ОН-группы; ТС-13 также эффективно усиливал импорт Nrf2 в ядро клеток J774. NQO1- и GST-индуцирующие способности тестируемых соединений тесно взаимосвязаны, что указывает на возможность координированной индукции данных ферментов и наличие общей регуляторной системы, обеспечивающей их активацию в ответ на обработку клеток фенольными антиоксидантами.

Тэги

NAD(P)H:хиноноксидоредуктаза 1, активированные кислородные метаболиты, антиоксиданты, глутатион-S-трансфераза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, сигнальная система Keap1/Nrf2/ARE, система глутатиона

Список литературы

1. Niki E. Oxidative stress and antioxidants: Distress or eustress? Arch. Biochem. Biophys. 2016; 595: 19–24. doi: 10.1016/j.abb.2015.11.017

2. Sies H. Hydrogen peroxide as a central redox signaling molecule in physiological oxidative stress: Oxidative eustress. Redox Biol. 2017; 11: 613–619. doi: 10.1016/j.redox.2016.12.035

3. Rolt A., Cox L.S. Structural basis of the anti-ageing effects of polyphenolics: mitigation of oxidative stress. BMC Chem. 2020; 14 (1): 50. doi: 10.1186/s13065-020-00696-0

4. Sies H. Oxidative stress: concept and some practical aspects. Antioxidants (Basel). 2020; 9 (9). doi: 10.3390/antiox9090852

5. Tungmunnithum D., Thongboonyou A., Pholboon A., Yangsabai A. Flavonoids and other phenolic compounds from medicinal plants for pharmaceutical and medical aspects: an overview. Medicines (Basel). 2018; 5 (3). doi: 10.3390/medicines5030093

6. Jafari H., Bernaerts K.V., Dodi G., Shavandi A. Chitooligosaccharides for wound healing biomaterials engineering. Mater. Sci. Eng. C. Mater. Biol. Appl. 2020; 117: 111266. doi: 10.1016/j.msec.2020.111266

7. Zhou Y.X., Gong X.H., Zhang H., Peng C. A review on the pharmacokinetics of paeoniflorin and its anti-inflammatory and immunomodulatory effects. Biomed. Pharmacother. 2020; 130: 110505. doi: 10.1016/j.biopha.2020.110505

8. Zenkov N.K., Kozhin P.M., Chechushkov A.V., Martinovich G.G., Kandalintseva N.V., Menshchikova E.B. Mazes of Nrf2 regulation. Biochemistry (Mosc.). 2017; 82 (5): 556–564. doi: 10.1134/s0006297917050030

9. Олейник А.С., Куприна Т.С., Певнева Н.Ю., Марков А.Ф., Кандалинцева Н.В., Просенко А.Е., Григорьев И.А. Синтез и антиоксидантные свойства S-[3-(гидроксиарил)пропил]тиосульфатов и [3-(гидроксиарил)пропан]-1-сульфонатов натрия. Изв. РАН. Сер. хим. 2007; (6): 1094–1101.

Oleynik A.S., Kuprina T.S., Pevneva N.Yu., Markov A.F., Kandalintseva N.V., Prosenko A.E., Grigorev I.A. Synthesis and antioxidant properties of sodium S-[3-(hydroxyaryl)propyl] thiosulfates and [3-(hydroxyaryl)propane]-1-sulfonates. Russ. Chem. Bull. 2007. 56 (6). 1135–1143.

10. Гайнутдинов П.И., Кожин П.М., Чечушков А.В., Мартинович Г.Г., Хольшин С.В., Кандалинцева Н.В., Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б. Обратная зависимость между антиоксидантной активностью синтетических монофенолов структурно взаимосвязанного ряда и их токсичностью в отношении опухолевых клеток. Сиб. науч. мед. журн. 2018; 38 (1): 22–31. doi: 10.15372/SSMJ20180104

Gainutdinov P.I., Kozhin P.M., Chechushkov A.V., Martinovich G.G., Kholshin S.V., Kandalintseva N.V., Zenkov N.K., Menshchikova E.B. Inverse relationship between the antioxidant activity of structurally related synthetic monophenols and their toxicity in tumor cells. Sibirskiy nauchnyy meditsinskiy zhurnal = Siberian Scientific Medical Journal. 2018; 38 (1): 22–31. [In Russian].

11. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 1976; 72: 248–254. doi: 10.1006/abio.1976.9999

12. Siegel D., Kepa J.K., Ross D. Biochemical and genetic analysis of NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 (NQO1). Curr. Protoc. Toxicol. 2007; Chapter 4: Unit4 22. doi: 10.1002/0471140856.tx0422s32

13. Mannervik B., Jemth P. Measurement of glutathione transferases. Curr. Protoc. Toxicol. 2001; Chapter 6: Unit6 4. doi: 10.1002/0471140856.tx0604s01

14. Li S., Yan T., Yang J.Q., Oberley T.D., Oberley L.W. The role of cellular glutathione peroxidase redox regulation in the suppression of tumor cell growth by manganese superoxide dismutase. Cancer Res. 2000; 60 (14): 3927–3939.

15. Rahman I., Kode A., Biswas S.K. Assay for quantitative determination of glutathione and glutathione disulfide levels using enzymatic recycling method. Nat. Protoc. 2006; 1 (6): 3159–3165. doi: 10.1038/nprot.2006.378

16. Satoh T., McKercher S.R., Lipton S.A. Nrf2/ARE-mediated antioxidant actions of pro-electrophilic drugs. Free Radic. Biol. Med. 2013; 65: 645–657. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2013.07.022

17. Лемза А.Е., Ткачев В.О., Зенков Н.К., Кандалинцева Н.В., Хольшин С.В., Меньщикова Е.Б. Структурно-функциональные особенности влияния новых водорастворимых фенольных антиоксидантов на жизнеспособность клеток. Сиб. науч. мед. журн. 2015; (2): 16–22.

Lemza A.E., Tkachev V.O., Zenkov N.K., Kandalintseva N.V., Kholshin S.V., Men’shchikova E.B. Effect of novel water-soluble phenolic antioxidants on cell viability: structure-activity relationships. Sibirskiy nauchnyy meditsinskiy zhurnal = Siberian Scientific Medical Journal. 2015; (2): 16–22. [In Russian].

18. Kanner J. Polyphenols by generating H₂O₂, affect cell redox signaling, inhibit PTPs and activate Nrf2 axis for adaptation and cell surviving: in vitro, in vivo and human health. Antioxidants (Basel). 2020; 9 (9) doi: 10.3390/antiox9090797

19. Zenkov N.K., Menshchikova E.B., Kandalintseva N.V., Oleynik A.S., Prosenko A.E., Gusachenko O.N., Shklyaeva O.A., Vavilin V.A., Lyakhovich V.V. Antioxidant and antiinflammatory activity of new water-soluble sulfur-containing phenolic compounds. Biochemistry (Mosc.). 2007; 72 (6): 644–651.

20. Menshchikova E.B., Chechushkov A.V., Kozhin P.M., Kholshin S.V., Kandalintseva N.V., Martinovich G.G., Zenkov N.K. Activation of autophagy and Nrf2 signaling in human breast adenocarcinoma MCF-7 cells by novel monophenolic antioxidants. Cell and Tissue Biology. 2019; 13 (2): 85–92. doi: 10.1134/s1990519x1902007x

21. Menshchikova E., Tkachev V., Lemza A., Sharkova T., Kandalintseva N., Vavilin V., Safronova O., Zenkov N. Water-soluble phenol TS-13 combats acute but not chronic inflammation. Inflamm. Res. 2014; 63 (9): 729–740. doi: 10.1007/s00011-014-0746-0

Об авторах (для корреспонденции):

Меньщикова Е.Б., e-mail: lemen@centercem.ru

Полный текст

snmzh_6-2020_menschikova_i_dr.pdf

Поступило: 24/12/2020

Принято к печати: 24/12/2020