Известно, что в процессе старения происходит значительное снижение количества меланосом в клетках ретинального пигментного эпителия (РПЭ) глаза человека [1,2]. Однако конкретные механизмы этого явления неизвестны. Ранее мы показали, что при взаимодействии меланина меланосом с радикалами супероксида происходит его окислительная деструкция с образованием водорастворимых флуоресцирующих продуктов [3], содержащих высокоактивные карбонильные соединения [4]. В настоящем исследовании методами флуоресцентного анализа, ВЭЖХ и масс-спектрометрии показано, что при облучении видимым светом меланолипофусциновых гранул, выделенных из клеток РПЭ глаза человека, образуются водорастворимые флуоресцирующие продукты. Образование этих продуктов происходит в результате окислительной деструкции меланина, вызванной радикалами супероксида, которые генерируются липофусциновой частью меланолипофусциновой гранулы. Важно подчеркнуть, что при облучении фракций меланосом и липофусциновых гранул, образования водорастворимых флуоресцирующих продуктов не происходит. Деструкция меланосом при действии света возможна, однако для этого требуются значительно более высокие интенсивности облучения, чем при облучении меланолипофусциновых гранул. Объясняется это тем, что в меланосомах, в отличие от меланолипофусциновых гранул, отсутствует липофусцин – свето-зависимый генератор радикалов супероксида. Были определены флуоресцирующие продукты свето-индуцированного распада меланина как в составе меланосом, так и в составе меланолипофусциновых гранул. Статистический анализ методом главных компонент (РСА) для масс спектрометрических данных, полученных методом ToF-SIMS, позволил идентифицировать пики, характерные именно для этих продуктов свето-индуцированного распада меланина. Впервые было показано, что водорастворимые продукты деградации меланина, вызванной радикалами супероксида, являются свето-чувствительными генераторами активных форм кислорода. Из этого следует, что процесс свето-индуцированного распада меланина в меланолипофусциновой грануле может усиливаться по мере накопления продуктов деградации меланина. Делается вывод о том, что падение концентрации меланина в клетках РПЭ глаза человека с возрастом обусловлено его окислением активными формами кислорода, генерируемыми липофусцином в составе меланолипофусциновых гранулах под действием света.

Литература

1. Feeney-Burns, L., Hilderbrand, E.S., and Eldridge, S. (1984) Aging human RPE: morphometric analysis of macular, equatorial, and peripheral cells, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci., 25, 195–200.

2. Rozanowski, B., Cuenco, J., Davies, S., Shamsi, F.A., Zadlo, A., Dayhaw-Barker, P., Rozanowska, M., Sarna, T., and Boulton, M. (2008). The phototoxicity of aged human retinal melanosomes, Photochem. Photobiol., 84, 650–657.

3. A E Dontsov, N L Sakina, M A Ostrovsky.Loss of Melanin by Eye Retinal Pigment Epithelium Cells Is Associated with Its Oxidative Destruction in Melanolipofuscin Granules.Biochemistry (Mosc). 2017, 82(8):916-924. doi: 10.1134/S0006297917080065

4. Gulin A. A., Dontsov A. E., Yakovleva M. A., Trofimova N. N., Aybush A. V., Vasin A. A., Ostrovsky M. A., Oxidative destruction of human RPE melanosomes induced by superoxide radicals leads to the formation of reactive aldehydes and ketones, St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 15 (3.2) (2022) 311–316. doi: https://doi.org/10.18721/JPM.153.257

It is known that in the process of aging there is a significant decrease in the number of melanosomes in the retinal pigment epithelium (RPE) cells of the human eye [1, 2]. However, the exact mechanisms of this phenomenon are unknown. Previously, we showed that the interaction of melanin melanosomes with superoxide radicals results in its oxidative destruction with the formation of water-soluble fluorescent products [3] containing highly active carbonyl compounds [4]. In the present study, using fluorescence analysis, HPLC, and mass spectrometry, it was shown that when melanolipofuscin granules isolated from human eye RPE cells are irradiated with visible light, water-soluble fluorescent products are formed. The formation of these products occurs as a result of oxidative degradation of melanin caused by superoxide radicals, which are generated by the lipofuscin part of the melanolipofuscin granule. It is important to emphasize that when the fractions of melanosomes and lipofuscin granules are irradiated, the formation of water-soluble fluorescent products does not occur. Destruction of melanosomes under the action of light is also possible; however, this requires significantly higher irradiation intensities than when the melanolipofuscin granules are irradiated. This is explained by the fact that in melanosomes, in contrast to melanolipofuscin granules, there is no lipofuscin, a light-dependent generator of superoxide radicals. Fluorescent products of light-induced melanin decay were identified both in the melanosomes and in the melanolipofuscin granules fractions. Statistical analysis by principal component analysis (PCA) for mass spectrometric data obtained by ToF-SIMS allowed us to identify the peaks characteristic of these products of light-induced melanin degradation. It was shown for the first time that water-soluble melanin degradation products caused by superoxide radicals are light-sensitive generators of reactive oxygen species. From this, it follows that the process of light-induced melanin degradation in the melanolipofuscin granule can be enhanced with the accumulation of melanin degradation products. It is concluded that the decrease in the concentration of melanin in RPE cells of the human eye with age is due to its oxidation by reactive oxygen species generated by lipofuscin in the composition of melanolipofuscin granules under the action of light.

References

1. Feeney-Burns, L., Hilderbrand, E.S., and Eldridge, S. (1984) Aging human RPE: morphometric analysis of macular, equatorial, and peripheral cells, Invest. Ophthalmol. Vis. Sci., 25, 195–200.

2. Rozanowski, B., Cuenco, J., Davies, S., Shamsi, F.A., Zadlo, A., Dayhaw-Barker, P., Rozanowska, M., Sarna, T., and Boulton, M. (2008). The phototoxicity of aged human retinal melanosomes, Photochem. Photobiol., 84, 650–657.

3. A E Dontsov, N L Sakina, M A Ostrovsky. Loss of Melanin by Eye Retinal Pigment Epithelium Cells Is Associated with Its Oxidative Destruction in Melanolipofuscin Granules. Biochemistry (Mosc). 2017, 82(8):916-924. doi: 10.1134/S0006297917080065

4. Gulin A. A., Dontsov A. E., Yakovleva M. A., Trofimova N. N., Aybush A. V., Vasin A. A., Ostrovsky M. A., Oxidative destruction of human RPE melanosomes induced by superoxide radicals leads to the formation of reactive aldehydes and ketones, St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 15 (3.2) (2022) 311–316. doi: https://doi.org/10.18721/JPM.153.257