На сегодняшний день в молекулярной медицине одним из перспективных подходов к лечению патологий является использование специфических внутриклеточных механизмов запрограммированной клеточной гибели[1]. Одни из самых изученных видов клеточной гибели - это апоптоз и ферроптоз[2,3], в развитии которых играет важную роль окисление фосфолипидов мембран. Причем если окисление кардиолипина является маркером апоптоза, для ферроптоза специфично окисление фосфатидилэтаноламина с арахидоновой кислотой. Такая специфичность окисления различных фосфолипидов при различных процессах клеточной гибели дало начало новому научному направлению – регуляторная липидомика.

Несмотря на это, до сих пор не все элементы механизма развития программируемой смерти клеток ясны. Например, взаимодействие цитохрома C (CytC) с кардиолипин-содержащими мембранами ведет к увеличению пероксидазной активности CytC и запускает апоптоз[4,5], но остается непонятным, почему при наличии кардиолипина и CytC в составе митохондрий нормальных клеток они не погибают. Это может быть связано с тем, что не только кардиолипин (TOCL), но и другие фосфолипиды принимают участие во взаимодействии с CytC. Одним из таких фосфолипидов может быть фосфатидная кислота (DOPA), которая структурно очень похожа на кардиолипин, так как является его составной частью (кардиолипин состоит из двух молекул фосфатидной кислоты). Одновременно с этим, количество DOPA регулируется при помощи фосфолипазы D, а фосфолипаза D присутствует на внешнем листке мембран митохондрий.

В данной работе исследовалась способность CytC формировать комплексы с DOPA и с TOCL. Материалами, использованные в работе, были фосфатидилхолиновые липосомы с 20% содержанием DOPA или TOCL, а также с 1% примесью флуоресцентно-меченного фосфатидилхолина (NBD (C6) PC). Взаимодействие CytC с мембранами, содержащими флуоресцентную метку, приводит к резкому тушению флуоресценции за счет близкорасположенного гемового железа. При помощи спектрофлуориметрии NBD (C6) PC (λ возбуждения 460 нм, λ испускания 480–590 с максимумом в 536 нм) было показано взаимодействие фосфолипидных мембран с CytC.

Так, интенсивность флуоресценции NBD (C6) PC в составе DOPA и TOCL содержащих мембран уменьшается на 30,5% и 17,8% соответственно, при добавлении CytC (20:1). Все сравнения выполнены относительно мембран, состоящих полностью из фосфатидилхолина.

Таким образом однозначно показано, что не только TOCL, но и DOPA содержащие мембраны могут выраженно взаимодействовать с цитохромом С, а значит именно это взаимодействие может играть инициирующую роль в развитии апо- и ферроптоза.



1. Льюин Б. и др. Клетки. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. — 951 с.

2. Ю.А. Владимиров, Е.В. Проскурнина, А.В. Алексеев (2013) ‘МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ АПОПТОЗА. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ЦИТОХРОМА c С КАРДИОЛИПИНОМ’, БИОХИМИЯ, том 78, вып. 10, с. 1391 – 1404

3. Marcus Conrad, Valerian E. Kagan, Hülya Bayir, Gabriela C. Pagnussat, Brian Head, Maret G. Traber, and Brent R. Stockwell (2018) ‘Regulation of lipid peroxidation and ferroptosis in diverse species’, Genes And Development, 32, pp. 602–619

4. Stepanov G.O., Gnedenko O.V., Osipov A.N. et. al. Evaluation of cytochrome c affinity to anionic

phospholipids by means of surface plasmon resonance // FEBS Letters. 2006. Vol. 583. P. 97–100.

5. Сytochrome c-cardiolipin complex // Biochemistry Moscow. 2013. Vol. 78. No. 10. P. 1391–1404.

Nowadays in molecular medicine one of the promising approaches to the treatment of pathologies is the use of specific intracellular mechanisms of programmed cell death[1]. One of the most studied types of cell death is apoptosis and ferroptosis [2,3], in the development of which the oxidation of membrane phospholipids plays an important role. Moreover, if the oxidation of cardiolipin is a marker of apoptosis, the oxidation of phosphatidylethanolamine with arachidonic acid is specific for ferroptosis. Such specificity of oxidation of various phospholipids in various processes of cell death gave rise to a new scientific direction – regulatory lipidomics.

Despite this, still not all elements of the mechanism of development of programmed cell death are clear. For example, the interaction of cytochrome C (CytC) with cardiolipin-containing membranes leads to an increase in CytC peroxidase activity and triggers apoptosis [4,5]. But it remains unclear why in the presence of cardiolipin and CytC in the mitochondria of normal cells they do not die. This may be due to the fact that not only cardiolipin (TOCL), but also other phospholipids participate in the interaction with CytC. One of these phospholipids may be phosphatidic acid (DOPA), which is structurally very similar to cardiolipin (cardiolipin consists of two phosphatidic acid molecules). At the same time, the amount of DOPA is regulated by phospholipase D, and phospholipase D is present on the outer sheet of mitochondrial membranes.

In this paper, the ability of CytC to form complexes with DOPA and with TOCL was investigated. The materials used in the work were phosphatidylcholine liposomes with 20% DOPA or TOCL content, as well as with 1% admixture of fluorescently labeled phosphatidylcholine (NBD (C6) PC). The interaction of CytC with membranes containing a fluorescent label leads to a sharp quenching of fluorescence due to a nearby heme iron. Using NBD(C6) PC spectrofluorometry (excitation λ 460 nm, emission λ 480-590 with a maximum of 536 nm), the interaction of phospholipid membranes with CytC was shown.

Thus, the fluorescence intensity of NBD(C6) PC in DOPA and TOCL containing membranes decreases by 30.5% and 17.8%, respectively, with the addition of CytC (20:1). All comparisons were made to membranes consisting entirely of phosphatidylcholine.

In conclusion we would like to say it is clearly shown that not only TOCL, but also DOPA-containing membranes can interact with cytochrome C, which means that this interaction can play an initiating role in the development of apo- and ferroptosis.



1. Lewin B. et al. Cells. — M.: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2011. — 951 p.

2. Yu.A. Vladimirov, E.V. Proskurnina, A.V. Alekseev (2013) ‘MOLECULAR MECHANISMS OF APOPTOSIS. STRUCTURE OF CYTOCHROME C COMPLEX WITH CARDIOLIPIN’, BIOCHEMISTRY, volume 78, issue 10, pp. 1391 – 1404

3. Marcus Conrad, Valerian E. Kagan, Hülya Bayir, Gabriela C. Pagnussat, Brian Head, Maret G. Traber, and Brent R. Stockwell (2018) ‘Regulation of lipid peroxidation and ferroptosis in diverse species’, Genes And Development, 32, pp. 602–619

4. Stepanov G.O., Gnedenko O.V., Osipov A.N. et. al. Evaluation of cytochrome c affinity to anionic

phospholipids by means of surface plasmon resonance // FEBS Letters. 2006. Vol. 583. P. 97–100.

5. Сytochrome c-cardiolipin complex // Biochemistry Moscow. 2013. Vol. 78. No. 10. P. 1391–1404.