danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2020-64-1-78-85dan-857Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYОкислительный стресс в митохондриях мозга при алюминиевом нейротоксикозе и введении модуляторов биосинтеза глутатиона и кофермента АOxidative stress in mitochondria of the brain tissue with aluminum neurotoxycosis and applying of glutathione and modulators of coenzyme A biosynthesisСеменовичД. С.SemenovichD. S.

Семенович Дмитрий Сергеевич - младший научный сотрудник.

Бул. Ленинского Комсомола, 50, 230030, Гродно

Semenovich Dmitry Sergeevich - Junior researcher.

50, bul’var Leninskogo Komsomola, 230030, Grodno

semenovich@ibiochemistry.byКанунниковаН. П.KanunnikovaN. P.

Канунникова Нина Павловна - доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник.

Бул. Ленинского Комсомола, 50, 230030, Гродно

Kannunikova Nina Pavlovna - D. Sc. (Biology), Professor, Chief researcher.

50, bul’var Leninskogo Komsomola, 230030, Grodno

n.kanunnikava@gmail.comМойсеёнокА. Г.MoiseenokА. G.

Мойсеёнок Андрей Георгиевич - член-корреспондент, доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник.

Бул. Ленинского Комсомола, 50, 230030, Гродно

Moiseenok Andrey Georgievich - Corresponding Member, D. Sc. (Biology), Professor, Chief researcher.

50, bul’var Leninskogo Komsomola, 230030, Grodno

andrey.moiseenok@tut.byИнститут биохимии биологически активных соединений, Национальная академия наук БеларусиInsitute of Biochemistry of Biologically Active Substances, National Academy of Sciences of Belarus2020200320206417885Copyright © Семенович Д.С., Канунникова Н.П., Мойсеёнок А.Г., 20202020Семенович Д.С., Канунникова Н.П., Мойсеёнок А.Г.Semenovich D.S., Kanunnikova N.P., Moiseenok А.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/857

На экспериментальной модели алюминиевого нейротоксикоза установлено, что в условиях хронического введения хлорида алюминия у крыс развиваются явления окислительного стресса и угнетение восстановительного потенциала системы глутатиона в митохондриальной и постмитохондриальной фракциях больших полушарий мозга. Показано, что введение N-ацетилцистеина, а также сочетанного назначения его с модуляторами биосинтеза кофермента А (D-пантенолом или D-пантетином) на фоне алюминиевого нейротоксикоза приводят к выраженному снижению продукции активных форм кислорода митохондриями, снижению наработки тиобарби-турат-реагирующих соединений, нормализации содержания глутатиона и его биосинтеза в ткани мозга. Полученные результаты указывают на высокую эффективность предшественника биосинтеза глутатиона N-ацетилцистеина в предупреждении окислительного стресса в хронической модели алюминиевого нейротоксикоза, что может быть обоснованием для его применения как модулятора редокс-статуса митохондрий при развитии нейродегенеративной патологии.

Using an experimental model of aluminum neurotoxicosis, it was established that under conditions of chronic administration of aluminum chloride to rats, oxidative stress develops and inhibits the redox potential of the glutathione system in the mitochondrial and postmitochondrial fractions of the cerebral hemispheres. It was shown that the ingestion of N-acetylcysteine, as well as its combined use with coenzyme A biosynthesis precursors (D-panthenol or D-pantetin) against the background of aluminum neurotoxicosis, leads to a marked decrease in the production of reactive oxygen species by mitochondria, a decrease in the production of thiobarbituric acid reactive substances, and normalization of GSH content and its biosynthesis in brain tissue. The results indicate a high efficiency of the biosynthesis precursor of glutathione N-acetylcysteine in the prevention of oxidative stress in the chronic model of aluminum neurotoxicosis, which may be the rationale for its use as a modulator of mitochondrial redox status in the development of neurodegenerative pathology.

окислительный стрессмитохондрииалюминиевый нейротоксикозглутатионN-ацетилцистеинпроизводные пантотеновой кислотыoxidative stressmitochondriaaluminum neurotoxicosisglutathioneN-acetylcysteinepantothenic acid derivativescoenzyme AReferencesLezi, E. Mitochondria in neurodegeneration / E. Lezi, R. H. Swerdlow // Adv. Exp. Med. Biol. - 2012. - Vol. 942. -P. 269-286. https://doi.org/10.1007/978-94-007-2869-1_12Lezi E., Swerdlow R. H. Mitochondria in neurodegeneration. Advances in Experimental Medicine and Biology, 2012, vol. 942, pp. 269-286. https://doi.org/10.1007/978-94-007-2869-1_12Mitochondrial dysfunction, oxidative stress and neurodegeneration / M. Mancuso [et al.] // J. Alzheimers Dis. - 2006. -Vol. 10, N 1. - Р 59-73. https://doi.org/10.3233/jad-2006-10110Mancuso M., Coppede F., Migliore L., Siciliano G., Murri L. Mitochondrial dysfunction, oxidative stress and neurodegeneration. Journal of Alzheimer’s Disease, 2006, vol. 10, no. 1, pp. 59-73. https://doi.org/10.3233/jad-2006-10110Dringen, R. Glutathione pathways in the brain / R. Dringen, J. Hirrlinger // Biol. Chem. - 2003. - Vol. 384, N 4. -Р 505-516. https://doi.org/10.1515/bc.2003.059Dringen R., Hirrlinger J. Glutathione pathways in the brain. Biological Chemistry, 2003, vol. 384, no. 4, pp. 505-516. https://doi.org/10.1515/bc.2003.059Кулинский, В. И. Биологическая роль глутатиона / В. И. Кулинский, Л. С. Колесниченко // Успехи соврем. биол. - 1990. - Т. 110, № 1. - С. 20-32.Kulinsky V. I., Kolesnichenko L. S. The biological role of glutathione. Uspekhi sovremennoi biologii [Advances in Modern Biology], 1990, vol. 110, no. 1, pp. 20-32 (in Russian).Perluigi, М. mTOR signaling in aging and neurodegeneration: At the crossroad between metabolism dysfunction and impairment of autophagy / M. Perluigi, F. Di Domenico, D. A. Butterfield // Neurobiol. Dis. - 2015. - Vol. 84. - P. 39-49. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2015.03.014Perluigi M., Di Domenico F., Butterfield D. A. mTOR signaling in aging and neurodegeneration: At the crossroad between metabolism dysfunction and impairment of autophagy. Neurobiology of Disease, 2015, vol. 84, pp. 39-49. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2015.03.014Mechanisms Underlying Aluminum Neurotoxicity Related to 14-3-3Z Protein / H. Wang [et al.] // Toxicol Sci. - 2018. -Vol. 163, N 1. - Р 45-56. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfy021Wang H., Cheng D., Jiang W., Ma Y. Mechanisms Underlying Aluminum Neurotoxicity Related to 14-3-3Z Protein. Toxicological Sciences, 2018, vol. 163, no. 1, pp. 45-56. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfy021Said, M. M. Neuroprotective effects of eugenol against aluminium induced toxicity in the rat brain / М. М. Said, М. М. Rabo // Archives of Industrial Hygiene and Toxicology. - 2017. - Vol. 68, N 1. - Р. 27-37. https://doi.org/10.1515/aiht-2017-68-2878Said M. M., Rabo М. М. Neuroprotective effects of eugenol against aluminium induced toxicity in the rat brain. Archives of Industrial Hygiene and Toxicology, 2017, vol. 68, no. 1, pp. 27-37. https://doi.org/10.1515/aiht-2017-68-2878Pallotti, F. Isolation and subfractionation of mitochondria from animal cells and tissue culture lines / F. Pallotti, G. Lenaz // Methods Cell Biol. - 2007. - Vol. 80. - P. 3-44. https://doi.org/10.1016/s0091-679x(06)80001-4Pallotti F., Lenaz G. Isolation and subfractionation of mitochondria from animal cells and tissue culture lines. Methods in Cell Biology, 2007, vol. 80, pp. 3-44. https://doi.org/10.1016/s0091-679x(06)80001-4Comparison of spectrophotometric and HPLC methods for determination of lipid peroxidation products in rat brain tissues / M. Durfinova [et al.] // Chem. Pap. - 2007. - Vol. 61, N 4. - P. 321-325. https://doi.org/10.2478/s11696-007-0040-5Durfinova M., Brechtlova M., Luka B., Baroskova Z. Comparison of spectrophotometric and HPLC methods for determination of lipid peroxidation products in rat brain tissues. Chemical Papers, 2007, vol. 61, no. 4, pp. 321-325. https://doi.org/10.2478/s11696-007-0040-5Rahman, 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, N 6. - 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, no. 6, pp. 3159-3165. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.378Flohe, L. Assays of glutathione peroxidase / L. Flohe, W. A. Gunzler // Methods Enzymol. - 1984. - Vol. 105. -P. 114-120. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(84)05015-1Flohe L., Gunzler W. A. Assays of glutathione peroxidase. Methods in Enzymology, 1984, vol. 105, pp. 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.Habig 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, pp. 7130-7139.Smith, 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/10.1016/0003-2697(88)90564-7Smith I. К., Vierheller T. L., Thome C. A. Assay of glutathione reductase in crude tissue homogenates using 5,5'-dithiobis(2-nitrobenzoic acid). Analytical Biochemistry, 1988, vol. 175, no. 2, pp. 408-413. https://doi.org/10.1016/0003-2697(88)90564-7A spectrophotometric assay of gamma-glutamylcysteine synthetase and glutathione synthetase in crude extracts from tissues and cultured mammalian cells / G. Volohonsky [et al.] // Chem. Biol. Interact. - 2002. - Vol. 140, N 1. - Р. 49-65. https://doi.org/10.1016/s0009-2797(02)00017-0Volohonsky G., Tuby C. N. Y. H., Porat N., Wellman-Rousseau M., Visvikis A., Leroy P., Rashi Sh., Steinberg P., Stark A.-A. A spectrophotometric assay of gamma-glutamylcysteine synthetase and glutathione synthetase in crude extracts from tissues and cultured mammalian cells. Chemico-Biological Interactions, 2002, vol. 140, no. 1, pp. 49-65. https://doi.org/10.1016/s0009-2797(02)00017-0Menon, 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, pp. 132-136. https://doi.org/10.1016/).b.2012.10.009

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