danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2023-67-6-481-489dan-1164Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYМоделирование редокс-дисбаланса и окислительного стресса в гиппокампе при алюминиевом нейротоксикозе и инициировании биосинтеза кофермента АModelling the redox imbalance and oxidative stress in the hippocampus at aluminum neurotoxicity and initiating the coenzyme А biosynthesisКанунниковаН. П.KanunnikovaN. P.

Информация об авторах Канунникова Нина Павловна – д-р биол. наук, гл. науч. сотрудник, профессор.

Пл. Тызенгауза, 7, 230022, Гродно

Kanunnikova Nina P. – D. Sc. (Biology), Chief Researcher, Professor.

7, Tyzengauz Sq., 230022, Grodno

n.kanunnikova@grsu.byСеменовичД. С.SemenovichD. S.

Семенович Дмитрий Сергеевич – канд. биол. наук, науч. сотрудник.

Ул. Ленинские горы, 1/40, 119992, Москва

Semenovich Dmitry S. – Ph. D. (Biology), Researcher.

7, Tyzengauz Sq., 230022, Grodno

dimachem1@rambler.ruКатковскаяИ. Н.KatkovskayaI. N.

Катковская Инна Николаевна – науч. сотрудник.

Пл. Тызенгауза, 7, 230022, Гродно

Katkovskaya Inna N. – Researcher.

7, Tyzengauz Sq., 230022, Grodno

inna_katkovskaya@mail.ruТиткоО. В.TitkoO. V.

Титко Оксана Викторовна – науч. сотрудник.

Пл. Тызенгауза, 7, 230022, Гродно

Titko Oksana V. – Researcher.

7, Tyzengauz Sq., 230022, Grodno

o.titko@mail.ruЛукиенкоЕ. П.LukiyenkoE. P.

Лукиенко Елена Петровна – заведующий лабораторий.

Пл. Тызенгауза, 7, 230022, Гродно

Lukiyenko Elena P. – Head of the Laboratory.

7, Tyzengauz Sq., 230022, Grodno

lukgrodno@mail.ruГуриновичВ. А.GurinovichV. A.

Гуринович Валерий Александрович – канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник.

Пл. Тызенгауза, 7, 230022, Гродно

Gurinovich Valery A. – Ph. D. (Biology), Leading Researcher.

7, Tyzengauz Sq., 230022, Grodno

gva77@list.ruМойсеёнокА. Г.MoiseenokA. G.

Мойсеёнок Андрей Георгиевич – член-корреспондент, д-р биол. наук, профессор, заведующий отделом.

Пл. Тызенгауза, 7, 230022, Гродно

Moiseenok Andrey G. – Corresponding Member, D. Sc. (Biology), Professor, Head of the Department.

7, Tyzengauz Sq., 230022, Grodno

andrey.moiseenok@tut.byИнститут биохимии биологически активных соединений Национальной академии наук Беларуси; Гродненский государственный университет имени Янки КупалыInstitute of Biochemistry for Biologically Active Substances of the National Academy of Sciences; andrey.moiseenok@tut.byИнститут биохимии биологически активных соединений Национальной академии наук Беларуси; Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского Московского государственного университетаInstitute of Biochemistry for Biologically Active Substances of the National Academy of Sciences; Research Institute of Physical and Chemical Biology named after A.N. Belozersky of the Moscow State UniversityИнститут биохимии биологически активных соединений Национальной академии наук БеларусиInstitute of Biochemistry for Biologically Active Substances of the National Academy of Sciences202307012024676481489Copyright © Канунникова Н.П., Семенович Д.С., Катковская И.Н., Титко О.В., Лукиенко Е.П., Гуринович В.А., Мойсеёнок А.Г., 20242024Канунникова Н.П., Семенович Д.С., Катковская И.Н., Титко О.В., Лукиенко Е.П., Гуринович В.А., Мойсеёнок А.Г.Kanunnikova N.P., Semenovich D.S., Katkovskaya I.N., Titko O.V., Lukiyenko E.P., Gurinovich V.A., Moiseenok A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1164

У половозрелых крыс-самок линии Wistar CRL: (WI) WUBR вызывали альцгеймерподобный патологический процесс с использованием хлорида алюминия (200 мг/кг, внутрижелудочно, 6 недель) с целью моделирования редокс-дисбаланса и окислительного стресса в гиппокампе и оценки возможностей их коррекции двухнедельным назначением модуляторов биосинтеза кофермента А (пантенола, пантетина, гомопантотената в дозе 200 мг/кг, внутрижелудочно на протяжении 2 недель). На фоне активации процессов перекисного окисления и падения активности ацетилхолинэстеразы (АХЭ) наблюдали снижение восстановительного потенциала глутатиона и уровня кислоторастворимой фракции КоА с одновременным увеличением активности глутатион-метаболизирующих ферментов (GR, GPx, GST), процесса S-глутатионилирования белков и уровня белковых тиолов. Введение предшественников биосинтеза КоА в полной (пантенол, пантетин) или в частичной (гомопантотенат) мере оказывало антиоксидантный эффект, восстанавливало активность АХЭ, уровень и восстановительный потенциал глутатиона и глутатион-метаболизирующих ферментов, процесс S-глутатионилирования и стимулировало активность ферментов, генерирующих НАДФН+. С учетом низкого эффекта предшественников кофермента на уровень КоА в гиппокампе и высокую редокс-фармакологическую активность предполагается их внекоферментное действие на редокс-механизмы, приводящие к увеличению биодоступности восстанавливающих эквивалентов и энергетического статуса.

An Alzheimer-like pathological process was induced in mature female Wistar CRL: (WI) WUBR rats using aluminum chloride (200 mg/kg, intragastrically, 6 weeks) in order to model redox imbalance and oxidative stress (OS) in the hippocampus and study the possibilities of their correction 2 weekly administration of coenzyme A biosynthesis modulators (panthenol – PL, pantethine – PT, homopantothenate – HP) at a dose of 200 mg/kg intragastrically for 2 weeks). Against the background of activation of peroxidation processes and a decrease in acetylcholinesterase activity, a decrease in the reduction potential of glutathione and the level of the acid-soluble fraction of CoA was observed with a simultaneous increase in the activity of glutathione-metabolizing enzymes (GR, GPx, GST), the process of S-glutathionylation of proteins and the level of protein thiols. The consumption of the precursors of CoA biosynthesis in full (PL, PT) or in part (HP) had an antioxidant effect, restored the activity of AChE, the level and reduction potential of glutathione and glutathione-metabolizing enzymes, the process of S-glutathionylation, and stimulated the activity of enzymes generating NADPH+. Taking into account the low modulating effect of coenzyme precursors on the level of CoA in the hippocampus and their high redox pharmacological activity, their non-coenzymatic effect on redox mechanisms leading to an increase in the bioavailability of reducing equivalents and energy status is assumed.

окислительный стрессалюминиевый нейротоксикозгиппокампглутатионпентозофосфатный путьпроизводные пантотеновой кислотыoxidative stressaluminum neurotoxicosishippocampusglutathionepentose phosphate pathwaypantothenic acid derivativesReferencesКофермент А, ацил-КоА и система глутатиона в структурах ЦНС при введении гомопантотената и алюминиевом нейротоксикозе / А. Г. Мойсеёнок [и др.] // Нейрохимия. – 2010. – Т. 27, № 1. – С. 36–39.Moiseenok A. G., Omel’yanchik S. N., Sheval’e A. A., Katkovskaya I. N., El’chaninova M. A., Pekhovskaya T. A., Kovalenchik I. L. Coenzyme A, acyl-CoA, and the glutathione system in CNS structures exposed to homopantothenate or in aluminum neurotoxicity. Neurochemical Journal, 2010, vol. 4, no. 1, pp. 30–34. https://doi.org/10.1134/s181971241001006xOxidative stress in neurodegenerative diseases: from molecular mechanisms to clinical applications / Z. Liu [et al.] // Oxidative Medicine and Cellular Longevity. – 2017. – Vol. 2017. – Art. 2525967. https://doi.org/10.1155/2017/2525967Liu Z., Zhou T., Ziegler A. C., Dimitrion P., Zuo L. Oxidative stress in neurodegenerative diseases: from molecular mechanisms to clinical applications. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2017, vol. 2017, art. 2525967. https://doi.org/10.1155/2017/2525967Лукьяненко, Л. М. Влияние ионов алюминия на биофизические параметры мембран эритроцитов / Л. М. Лукьяненко, А. С. Скоробогатова, Е. И. Слобожанина // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. біял. навук. – 2010. – № 2. – С. 55–58.Lukyanenko L. M., Skorobogatova A. S., Slobozhanina E. I. Aluminum ions influence on biophysics parameters of erythrocyte membranes. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya biyalagichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological series, 2010, no. 2, s. 55–58 (in Russian).К вопросу о роли алюминия в развитии деменций / Н. А. Гресь [и др.] // Новости мед.-биол. наук. – 2014. – № 3. – С. 70–78.Gres N. A., Skorobogatova A. S., Zubritskaja G. P., Slobozhanina E. I. On the issue of the role of aluminum in the development of dementia. Novosti mediko-biologicheskih nauk = News of Biomedical Sciences, 2014, no. 3, pp. 70–78 (in Russian).Kumar, V. Aluminium neurotoxicity: neurobehavioural and oxidative aspects / V. Kumar, K. D. Gill // Arch. Toxicol. – 2009. – Vol. 83, N 11. – P. 965–978. https://doi.org/10.1007/s00204-009-0455-6Kumar V., Gill K. D. Aluminium neurotoxicity: neurobehavioural and oxidative aspects. Archives of Toxicology, 2009, vol. 83, no. 11, рр. 965–978. https://doi.org/10.1007/s00204-009-0455-6Apoptosis and oxidative stress in neurodegenerative diseases / E. Radi [et al.] // J. Alzheimers Dis. – 2014. – Vol. 42, N 3. – P. S125–S152. https://doi.org/10.3233/jad-132738Radi E., Formichi P., Battisti C., Federico A. Apoptosis and oxidative stress in neurodegenerative diseases. Journal of Alzheimers Disease, 2014, vol. 42, no. 3, pp. S125–S152. https://doi.org/10.3233/jad-132738Hippocampus and its involvement in Alzheimer’s disease: a review / Y. L. Rao [et al.] // Biotech. – 2022. – Vol. 12, N 2. – Art. 55. https://doi.org/10.1007/s13205-022-03123-4Rao Y. L., Ganaraja B., Murlimanju B. V., Joy T., Krishnamurthy A., Agrawal A. Hippocampus and its involvement in Alzheimer’s disease: a review. Biotech, 2022, vol. 12, no. 2, art. 55. https://doi.org/10.1007/s13205-022-03123-4A critical evaluation of neuroprotective and neurodegenerative MicroRNAs in Alzheimer’s disease / P. H. Reddy [et al.] // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2017. – Vol. 483, N 4. – P. 1156–1165. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.08.067Reddy P. H., Tonk S., Kumar S., Vijayan M., Kandimalla R., Kuruva C. S., Reddy A. P. A critical evaluation of neuroprotective and neurodegenerative MicroRNAs in Alzheimer’s disease. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2017, vol. 483, no. 4, рр. 1156–1165. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.08.067Johnson, W. M. Dysregulation of glutathione homeostasis in neurodegenerative diseases / W. M. Johnson, A. L. Wilson-Delfosse, J. J. Mieyal // Nutrients. – 2012. – Vol. 4, N 10. – P. 1399–1440. https://doi.org/10.3390/nu4101399Johnson W. M., Wilson-Delfosse A. L., Mieyal J. J. Dysregulation of glutathione homeostasis in neurodegenerative diseases. Nutrients, 2012, vol. 4, no. 10, рр. 1399–1440. https://doi.org/10.3390/nu4101399Comparison of spectrophotometric and HPLC methods for determination of lipid peroxidation products in rat brain tissues / M. Ďurfinová [et al.] // Chem. Pap. – 2007. – Vol. 61, N 4. – P. 321–325. https://doi.org/10.2478/s11696-007-0040-5Ďurfinová M., Brechtlová M., Líška B., Barošková Ž. Comparison of spectrophotometric and HPLC methods for determination of lipid peroxidation products in rat brain tissues. Chemical Papers, 2007, vol. 61, no. 4, рр. 321–325. https://doi.org/10.2478/s11696-007-0040-5Еrеl, O. A novel automated direct measurement for total antioxidant capacity using a new generation, more stable ABTS radical cation / O. Еrеl // Clin. Biochem. – 2004. – Vol. 37, N 4. – P. 277–285. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2003.11.015Еrеl O. A novel automated direct measurement method for total antioxidant capacity using a new generation, more stable ABTS radical cation. Clinical Biochemistry, 2004, vol. 37, no. 4, рр. 277–285. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2003.11.015Rahman, I. Assay for quantitative determination of glutathione and glutathione disulfide levels using enzymatic recycling method / I. Rahman, A. Kode, S. K. Biswas // Nat. Protoc. – 2006. – Vol. 1. – P. 3159–3165. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.378Rahman I., Kode A., Biswas S. K. Assay for quantitative determination of glutathione and glutathione disulfide levels using enzymatic recycling method. Nature Protocols, 2006, vol. 1, рр. 3159–3165. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.378Tsuchiya, Y. Methods for measuring CoA and CoA derivatives in biological samples / Y. Tsuchiya, U. Pham, I. Gout // Biochem. Soc. Trans. – 2014. – Vol. 42, N 4. – P. 1107–1111. https://doi.org/10.1042/bst20140123Tsuchiya Y., Pham U., Gout I. Methods for measuring CoA and CoA derivatives in biological samples. Biochemical Society Transactions, 2014, vol. 42, no. 4, рр. 1107–1111. https://doi.org/10.1042/bst20140123Flohé, L. Assays of glutathione peroxidase / L. Flohé, W. A. Günzler // Methods Enzymol. – 1984. – Vol. 105. – P. 114–120. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05015-1Flohé L., Günzler W. A. Assays of glutathione peroxidase. Methods in Enzymology, 1984, vol. 105, рр. 114–120. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05015-1Habig, W. H. Glutathione S-transferases. The first enzymatic step in mercapturic acid formation / W. H. Habig, M. J. Pabst, W. B. Jakoby // J. Biol. Chem. – 1974. – Vol. 249, N 22. – P. 7130–7139. https://doi.org/10.1016/s0021-9258(19)42083-8Habig W. H., Pabst M. J., Jakoby W. B. Glutathione S-transferases. The first enzymatic step in mercapturic acid formation. Journal of Biological Chemistry, 1974, vol. 249, no. 22, рр. 7130–7139. https://doi.org/10.1016/s0021-9258(19)42083-8Smith, I. K. Assay of glutathione reductase in crude tissue homogenates using 5,5′-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/10.1016/00032697(88)90564-7Smith I. K., Vierheller T. L., Thorne C. A. Assay of glutathione reductase in crude tissue homogenates using 5,5′-dithiobis(2-nitrobenzoic acid). Analytical Biochemistry, 1988, vol. 175, no. 2, рр. 408–413. https://doi.org/10.1016/00032697(88)90564-7Menon, 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.2012.10.009Menon D., Board P. G. A fluorometric method to quantify protein glutathionylation using glutathione derivatization with 2,3-naphthalenedicarboxaldehyde. Analytical Biochemistry, 2013, vol. 433, no. 2, рр. 132–136. https://doi.org/10.1016/j.ab.2012.10.009Patsoukis, N. Determination of the thiol redox state of organisms: new oxidative stress indicators / N. Patsoukis, C. D. Georgiou // Anal. Bioanal. Chem. – 2004. – Vol. 378. – P. 1783–1792. https://doi.org/10.1007/s00216-004-2525-1Patsoukis N., Georgiou C. D. Determination of the thiol redox state of organisms: new oxidative stress indicators. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2004, vol. 378, рр. 1783–1792. https://doi.org/10.1007/s00216-004-2525-1Ninfali, P. Methods for studying the glucose-6-phosphate dehydrogenase activity in brain areas / P. Ninfali, G. Aluigi, A. Pompella // Brain Research Protocols. – 1997. – Vol. 1, N 4. – P. 357–363. https://doi.org/10.1016/s1385-299x(97)00011-1Ninfali P., Aluigi G., Pompella A. Methods for studying the glucose-6-phosphate dehydrogenase activity in brain areas. Brain Research Protocols, 1997, vol. 1, no. 4, рр. 357–363. https://doi.org/10.1016/s1385-299x(97)00011-1

The authors declare that there are no conflicts of interest present.