Ключевым звеном в патогенезе многих заболеваний является нарушение апоптоза. При исследовании молекулярных механизмов апоптотических процессов выделяют, в частности, митохондриальный механизм, который характеризуется увлечением пероксидазной активности цитохрома С. Однако данному событию предшествует взаимодействие цитохрома С с анионными фосфолипидами митохондриальных мембран [1]. Было хорошо изучено, что в липосомах, содержащих кардиолипин, при взаимодействии с цитохромом образуются поры [2], однако воздействие цитохрома на другие анионные фосфолипиды ранее не было известно.

Целью данной работы было исследование образования пор в липосомах, содержащих примесь фосфатидной кислоты в присутствии цитохрома С и перекиси водорода.

Исследование было проведено на флуориметре в режиме временной записи при фиксированнных значениях длины волны возбуждения (560 нм) и испускания (590 нм) и щелях 5 нм.

Было изготовлено три типа липосом: содержащих только фосфатидилхолин, содержащих фосфатидилхолин с 20% примесью фосфатидной кислоты и содержащих фосфатидилхолин с 20% примесью кардиолипина. Внутри липосом содержался краситель сульфородамин В в высокой концентрации. При данной концентрации и эффекте самотушения начальная интенсивность флуоресценции была невелика. Однако при взаимодействии с цитохромом С в мембранах, содержащих примесь фосфатидной кислоты, образовывались поры, и, в результате распределения красителя по объему кюветы, интенсивность флуоресценции возрастала.

Для образцов, содержащих липосомы с примесью фосфатидной кислоты, цитохром С и перекись водорода, изменение интенсивности флуоресценции составило 250% относительно начального значения. Аналогичные образцы, содержащие вместо фосфатидной кислоты кардиолипин, показали повышение интенсивности на 220%, при чем статистически образцы с примесью кардиолипина и фосфатидной кислоты не различались, что говорит о том, что данные два фосфолипида одинаково выраженно способствуют образованию пор в мембранах. Для образцов, которые из фосфолипидов содержали только фосфатидилхолин, это отношение составило 43%.

Таким образом, показано, что цитохром С при взаимодействии как с фосфатидной кислотой, так и с кардиолипином, в присутствии перекиси водорода приводит к образованию пор в мембранах липосом. Образование пор в мембране необходимо для осуществления апоптоза. То есть взаимодействие фосфатидной кислоты с цитохромом С может запускать апоптотические процессы, что ранее не было изучено.



1)Hayden MR. An Immediate and Long-Term Complication of COVID-19 May Be Type 2 Diabetes Mellitus: The Central Role of β-Cell Dysfunction, Apoptosis and Exploration of Possible Mechanisms. Cells. 2020 Nov 13;9(11):2475147: p. 231-241.



2) Firsov AM, Kotova EA, Korepanova EA, Osipov AN, Antonenko YN. Peroxidative permeabilization of liposomes induced by cytochrome c/cardiolipin complex. Biochim Biophys Acta. 2015 Mar;1848(3):767-74.

The key link in the pathogenesis of many diseases is disruption of apoptosis. When studying the molecular mechanisms of apoptotic processes, the mitochondrial mechanism, which is characterized by entrainment of peroxidase activity of cytochrome c. However, this event is preceded by the interaction of cytochrome c with anionic phospholipids of mitochondrial membranes [1]. It has been well studied that pores form in cardiolipin containing liposomes that interact with cytochrome [2], but the effect of cytochrome on other anionic phospholipids was not previously known.

The aim of this work was to investigate pore formation in liposomes containing an admixture of phosphatidic acid in the presence of cytochrome C and hydrogen peroxide.

The study was performed on a fluorimeter in time recording mode at fixed excitation (560 nm) and emission (590 nm) wavelengths and slits of 5 nm.

Three types of liposomes were made: containing only phosphatidylcholine, containing phosphatidylcholine with 20% phosphatidic acid admixture, and containing phosphatidylcholine with 20% cardiolipin admixture. The liposomes contained the dye sulforhodamine B in high concentration. At this concentration and the self-quenching effect, the initial fluorescence intensity was low. However with cytochrome c adding, pores formed in the membranes containing the phosphatidic acid admixture, and, as a result of the dye exit and distribution over the cuvette volume, the fluorescence intensity increased.

For samples containing liposomes with an admixture of phosphatidic acid, cytochrome C, and hydrogen peroxide, the change in fluorescence intensity was 250% relative to the initial value. Similar samples containing cardiolipin instead of phosphatidic acid showed a 220% increase in intensity, and the samples with cardiolipin and phosphatidic acid admixture did not differ statistically, indicating that these two phospholipids contribute equally to membrane pore formation. For samples that contained only phosphatidylcholine among the phospholipids, this ratio was 43%.

Thus, it is shown that cytochrome c in interaction with both phosphatidic acid and cardiolipin in the presence of hydrogen peroxide leads to pore formation in liposome membranes. Membrane pore formation is necessary for apoptosis to occur. That is, the interaction of phosphatidic acid with cytochrome c can trigger apoptotic processes, which has not been previously studied.



1)Hayden MR. An Immediate and Long-Term Complication of COVID-19 May Be Type 2 Diabetes Mellitus: The Central Role of β-Cell Dysfunction, Apoptosis and Exploration of Possible Mechanisms. Cells. 2020 Nov 13;9(11):2475147: p. 231-241.



2) Firsov AM, Kotova EA, Korepanova EA, Osipov AN, Antonenko YN. Peroxidative permeabilization of liposomes induced by cytochrome c/cardiolipin complex. Biochim Biophys Acta. 2015 Mar;1848(3):767-74.