VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г. |
Программа СъездаСекции и тезисы:
Молекулярная биофизика. Структура и динамика биополимеров и биомакромолекулярных системПерекисное окисление липидов, индуцированное цитохромом с в присутствии фосфатидной кислоты. Перспективная роль в развитии апо- и ферроптотических процессовВ.В. Волков1*, Г.О. Степанов1, А.Н. Осипов1 1.РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России; * volkov.vv.work(at)mail.ru Известно множество заболеваний, патогенетическим звеном которых является нарушение механизмов регулируемой клеточной гибели. В настоящее время открыты и активно исследуются ряд таких механизмов, как апоптоз, ферроптоз, пироптоз и другие. В последние годы показана четкая связь различных механизмов гибели клеток с окислением конкретных фосфолипидов: фосфатидилсерина при фагоцитозе, кардиолипина при апоптозе, фосфатидилэтаноламина с арахидоновой кислотой при ферроптозе. Такая особенность фосфолипидов играть самое ключевое участие в клеточных процессах позволила выделить новое направление в науке – регуляторную липидомику[1]. Как было отмечено, в механизмах развития апоптоза хорошо изучена роль кардиолипина, приводящего сначала к структурным изменениям в цитохроме С (далее CytC), а затем и к изменению его пероксидазной активности, что приводит к перекисному окислению липидов биологических мембран (ПОЛ).
Пероксидазная активность CytC резко (в десятки раз) возрастает в присутствии ненасыщенного кардиолипина митохондрий, что приводит сначала к окислению мембран, а затем и к образованию пор. Однако процессы перекисного окисления митохондриальных мембран, индуцируются не только в присутствии кардиолипина, но даже более выраженно в присутствие фосфатидной кислоты и ее роль ранее не изучена. В данной работе, при помощи хемилюминесценции показано, что интенсивность CytC-индуцированного ПОЛ при увеличении в составе мембран от 10 до 50% содержания тетраолеоилкардиолипина (TOCL) или диолеоил фосфатидной кислоты (DOPA) увеличивается до 24 раз относительно контрольных образцов содержащих только диолеоил фосфатидилхолин (DOPC). Нужно заметить, что при титровании данной модели возрастающими концентрациями CytC зависимость интенсивности хемилюминесценции, которая характеризует ПОЛ, нелинейная. Максимальной она становится при соотношении анионных фосфолипидов к CytC равном 200-250 к 1 для фосфатидной кислоты и 100-150 к 1 для кардиолипина. Одновременно, при помощи метода ЭПР в присутствии спиновой ловушки POBN также детектировались изменение концентрации гидроперекиси фосфолипидов (LOOH). Увеличение количества гидроперекисей наблюдалось только в системе с липосомами, содержащими ТОCL или DOPA, в то время как липосомы, содержащие только DOPC, не показывали изменение концентрации LOOH. Таким образом, показано, что: 1. Способность CytC инициировать ПОЛ в присутствии TOCL- или DOPA-содержащих липосом возрастает до 24 раз (относительно DOPC). 2. При увеличении количества CytC его способность вызывать ПОЛ изменяется нелинейно (сначала увеличивается, а потом резко снижается), что может быть связано с особенностями структурных изменений CytC, которые, как известно, зависят от соотношения фосфолипид/CytC. 3. При помощи ЭПР подтверждено образование продуктов пероксидации – гидроперекисей фосфолипидов в системах с липосомами из TOCL или DOPA, липосомы, содержащие только фосфатидилхолин показали отсутствие наработки LOOH при CytC -зависимом ПОЛ. 4. Данная способность CytC усиливать ПОЛ может играть ключевую роль в развитии как апоптотических, так и ферроптотических процессов. Причем если в присутствии TOCL скорее всего речь идет об активном развитии процесса ПОЛ, то DOPA скорее влияет на процессы инициации процессов перекисного окисления. Исследование процесса инициации апо- и ферроптотических процессов, помогут в поиске механизмов регуляции, а значит и лечении различных патологий таких как онкология, сердечно-сосудистые и многие другие заболевания. 1. Kagan, V.E., et al., Redox phospholipidomics of enzymatically generated oxygenated phospholipids as specific signals of programmed cell death. Free Radic Biol Med, 2020. 147: p. 231-241. Lipid peroxidation induced by cytochrome c in the presence of phosphatidic acid. Prospective role in the development of apo- and ferroptotic processesV.V. Volkov1*, G.O. Stepanov1, A.N. Osipov1 1.Pirogov Russian National Research Medical University; * volkov.vv.work(at)mail.ru There are many diseases, the pathogenetic link of which is a violation of the mechanisms of regulated cell death. Currently, a number of mechanisms such as apoptosis, ferroptosis, pyroptosis and others have been discovered and are being actively investigated. In recent years, a clear connection of various mechanisms of cell death with the oxidation of specific phospholipids has been shown: phosphatidylserine in phagocytosis, cardiolipin in apoptosis, phosphatidylethanolamine with arachidonic acid in ferroptosis. This feature of phospholipids to play the most key participation in cellular processes made it possible to distinguish a new direction in science - regulatory lipidomics[1]. As noted, in the mechanisms of development of apoptosis, the role of cardiolipin is well studied, leading first to structural changes in cytochrome C (CytC), and then to a change in its peroxidase activity, which leads to lipid peroxidation of biological membranes (LPO).
The peroxidase activity of CytC increases dramatically (tenfold) in the presence of unsaturated mitochondrial cardiolipin, which leads first to membrane oxidation and then to pore formation. However, mitochondrial membrane peroxidation processes, are induced not only in the presence of cardiolipin, but even more pronounced in the presence of phosphatidic acid and its role has not been previously studied. In this work, using chemilumineescence, it is shown that the intensity of CytC-induced LPO with an increase in membrane composition from 10 to 50% of the content of tetraoleoylcardiolipin (TOCL) or dioleoyl phosphatidic acid (DOPA) increases up to 24 times in comparison with control samples containing only dioleoyl phosphatidylcholine (DOPC). It should be noted that when this model is titrated with increasing concentrations of CytC, the dependence of chemiluminescence intensity, which characterizes LPO, is nonlinear. It becomes maximal at a ratio of anionic phospholipids to CytC equal to 200-250 to 1 for phosphatidic acid and 100-150 to 1 for cardiolipin. At the same time, changes in the concentration of phospholipid hydroperoxides (LOOH) were also detected using the EPR method in the presence of the POBN spin trap. An increase in the amount of hydroperoxides was observed only in the system with liposomes containing TOCL or DOPA, while liposomes containing only DOPC showed no change in the LOOH concentration. Thus, it is shown that: 1. The ability of CytC to initiate LPO in the presence of TOCL- or DOPA-containing liposomes increases up to 24-fold (relative to DOPC). 2. As the amount of CytC increases, its ability to induce LPO changes nonlinearly (first increases and then sharply decreases), which may be related to the specifics of structural changes of CytC, which are known to depend on the phospholipid/CytC ratio. 3. EPR confirmed the formation of peroxidation products - phospholipid hydroperoxides in systems with TOCL or DOPA liposomes, liposomes containing only phosphatidylcholine showed no production of LOOH during CytC-dependent LPO. 4. This ability of CytC to enhance LPO may play a key role in the development of both apoptotic and ferroptotic processes. Moreover, while in the presence of TOCL we are most likely talking about the active development of the LPO process, DOPA rather affects the processes of initiation of peroxidation processes. The study of the initiation process of apo- and ferroptotic processes, will help in the search for regulation mechanisms and hence the treatment of various pathologies such as oncology, cardiovascular and many other diseases. 1.Kagan, V.E., et al., Redox phospholipidomics of enzymatically generated oxygenated phospholipids as specific signals of programmed cell death. Free Radic Biol Med, 2020. 147: p. 231-241. Докладчик: Волков В.В. 180 2022-10-31
|