Enzyme a Biosynthesis System on Manifestation of Metabolic Stress and Glutathione System in the CNS under Aluminium Neurotoxicosis

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Alzheimer’s-like disease was simulated in female adult Wistar CRL(WI) WUBR rats by 6-week intragastric administration of aluminium chloride at a dose of 200 mg/kg body mass. In the presence of developed oxidative stress (OS), we found a decrease in the activities of tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) enzymes and an increase in the activities of pentose phosphate pathway (PPP) dehydrogenases as well as a reduction of SH-and SS-groups in proteins (P) along with the increased SH/SS ratio and glutathionylation with simultaneous decreases of glutathione (GSH) and the GSH/GSSG ratio and its redox potential in the brain hemispheres. The glutathione system enzymes were changed multidirectionally, with glutathione reductase remaining stable. Decreased activities of GSH biosynthesis enzymes and cysteine content were noticed. The intragastric administration of the CoA biosynthesis modulators D-panthenol (PL), D-pantethine or D-homopantothenate (HPA) at a dose of 200 mg/kg since the 5th week of the experiment caused either reduction or leveling of OS manifestations in blood plasma, an increase in acetyl cholinesterase, normalization of the activities of TCA cycle and PPP enzymes, P-SH level (not the SH/SS ratio) and a considerable reduction of S-glutathionylation as well as increases in GSH level, the GSH/GSSG ratio and redox potential in the hemispheres. The effect of CoA system modulators was manifested in activation of glutathione transferase, a decrease of glutathione peroxidase and less evident activation of GSH biosynthesis enzymes (PL) although they contributed to the elevation of cysteine content due to the reduced protein S-cysteinylation. The levels and the ratio of CoA/acetyl-CoA (except for PL) were not changed by toxicosis and the OS modulators. The feasibility of non-conenzyme effects was confirmed by the administration of HPA. The phenomenon of redox activity of the CoA biosynthesis modulators with clearly directional effects on the glutathione system and the TCA cycle and PPP enzymes during alleviation of OS and aluminium neurotoxicosis is discussed.

About the authors

D. S. Semenovich

Belozersky Research Institute of Physico-Chemical Biology MSU

Email: nchjournal@gmail.com
Russia, Moscow

V. A. Gurinovich

Institute of Biochemistry of Biologically Active Substances, NAS of Belarus

Email: nchjournal@gmail.com
Belarus, Grodno

E. P. Lukiyenko

Institute of Biochemistry of Biologically Active Substances, NAS of Belarus

Email: nchjournal@gmail.com
Belarus, Grodno

I. N. Katkovskaya

Institute of Biochemistry of Biologically Active Substances, NAS of Belarus

Email: nchjournal@gmail.com
Belarus, Grodno

O. V. Titko

Institute of Biochemistry of Biologically Active Substances, NAS of Belarus

Email: nchjournal@gmail.com
Belarus, Grodno

N. P. Kanunnikova

Yanka Kupala’s Grodno State University

Email: nchjournal@gmail.com
Belarus, Grodno

A. G. Moiseenok

Institute of Biochemistry of Biologically Active Substances, NAS of Belarus

Email: nchjournal@gmail.com
Belarus, Grodno

References

  1. Pietrocola F., Galluzzi L., Bravo-San Pedro J.M., Madeo F., Kroemer G. // Cell Metabolism. 2015. V. 21. № 6. P. 805–821.
  2. Szutowicz A., Bielarczyk H., Ronowska A., Gul-Hinc S., Klimaszewska-Łata J., Dyś A., Zyśk M., Pawełczyk T. // Biochem. Soc. Trans. 2014. V. 42. № 4. P. 1101–1116.
  3. Szutowicz A., Bielarczyk H., Ronowska A. // Neurochem. Res. 2013 V. 38. № 8. P. 1523–1542.
  4. Ronowska A., Szutowicz A., Bielarczyk H., Gul-Hinc S., Klimaszewska-Łata J., Dyś A., Zyśk M., Jankowska-Kulawy A. // Front. Cell. Neurosci. 2018. V. 10. № 12. P. 169.
  5. Ferreira-Vieira T.H., Guimaraes I.M., Silva F.R., Ribeiro F.M. // Current Neuropharmacol. 2016. V. 14. № 1. P. 101–115.
  6. Klimaszewska-Łata J., Gul-Hinc S., Bielarczyk H., Ronowska A., Zyśk M., Grużewska K., Pawełczyk T., Szutowicz A. // J. Neurochem. 2015. V. 133. № 2. P. 284–297.
  7. Venco P., Dusi S., Valletta L., Tiranti V. // Biochem. Soc. Trans. 2014. V. 42. № 4. P. 1069–1074.
  8. Paudel R., Li A., Wiethoff S., Bandopadhyay R., Bhatia K., Silva R., Houlden H., Holton J. L. // Acta Neuropathol. Commun. 2015. V. 3. P. 39.
  9. Hogarth P. // J. Movement Disorders. 2015 V. 8. № 1. P. 1–13.
  10. Moiseenok A.G. Omelyanchik S.N., Gurinovich V.A., Evkovich I.N., Petukhova T.P. // News Biomedical Sciences. 2005. V. 1. P. 51–55.
  11. Moiseenok A.G., Omel’yanchik S.N., Sheval’e A.A., Katkovskaya I.N., Elchaninova M.A., Pekhovskaya T.A., Kovalenchik I.L. // Neurochem. J. 2010. V. 4. № 1. P. 30–34.
  12. Stepanichev M., Libe M.L., Chernyshevskaya I.A., Moiseenok A.G., Gulyaeva N.V. // Neurochem. J. 2007. V. 1. № 3. P. 244–248.
  13. Слышенков В.С., Кирко С.Н., Мойсеёнок А.Г. // Весцi НАН Беларусi. 2005. № 2. С. 78–81.
  14. Мойсеёнок А.Г. // Биохимия и молекулярная биология: сб. науч. тр. Минск. 2019. Вып. 3. С. 91–93.
  15. Zhang Y.-M., Chohnan S., Virga K.G., Stevens R.D., Ilkayeva O.R., Wenner B.R., Bain J.R., Newgard C.B., Lee R.E., Rock C.O., Jackowski S. // Chemistry & Biology. 2007. V. 14. P. 291–302.
  16. Prakash A., Kumar A. // Basic Clin. Pharm. Toxicol. 2009. V. 105. P. 98–104.
  17. Aboelwata H.R., El-Kott A.F., Abd-Ella E.M., Yousef H.N. // Brain Sci. 2020. V. 10. P. 628. https://doi.org/10.3390/brainsci10090628
  18. Grintzalis K., Zisimopoulos D., Grune T., Weber D., Georgiou C.D. // Free Rad. Biol. Med. 2013. V. 59. P. 27–35.
  19. Durfinova M., Brechtlova, M., Liska B., Baroskova Z. // Chem. Pap. 2007. V. 61. № 4. P. 321–325.
  20. Verde V., Fogliano V., Ritieni A., Maiani G., Morisco F., Caporaso N. // Free Radical Research. 2002. V. 36. № 8. P. 869–873.
  21. Сирота Т.В. // Биомед. химия. 2013. Т. 59. Вып. 4. С. 399–410.
  22. Levine R.L. Garland D., Oliver C.N., Amici A., Climent I., Lenz A.G., Ahn B.W., Shaltiel S., Stadtman E.R. // Methods Enzymol. 1990. V. 186. P. 464–478.
  23. Stocks J., Gutteridge J.M., Sharp R.J., Dormandy T.L. // Clinical Science and Molecular Medicine. 1974. V. 47. № 3. P. 215–222.
  24. Ещенко Н.Д., Вольский Г.Г. // Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен). Л.: Изд-во ЛГУ. 1982. С. 207–212.
  25. Биссвангер Х. Практическая энзимология М.:Бином. 2013. С. 132.
  26. Quirós P.M. // Meth. Mol. Biol. 2018. V. 1731. Human Press, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7595-2_5
  27. Ninfali P., Aluigi G., Pompella A. // Brain Research Protocols. 1997. V. 1. № 4. P. 357–363.
  28. Ellman G.L., Courtney K.D., Andres V., Feather-Stone R.M. // Biochem. Pharmacol. 1961. V. 7. № 2. P. 91–95.
  29. Камышников В.С. Справочник по клинико-биологической лабораторной диагностике 2002. Т. 2. 2-е издание. 463 с.
  30. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. // Лаб. дело. 1988. № 1. С. 16–19.
  31. Patsoukis N., Georgiou C.D. // Anal. Bioanal. Chem. 2004. V. 378. № 7. P. 1783–1792.
  32. Anderson M. // Methods Enzymol. 1985. V. 113. P. 548–555.
  33. Rahman I., Kode A., Rahman I., Biswas S.K. // Nat. Protoc. 2006. V. 1. № 6. P. 3159–3165.
  34. Menon D.A., Board P.G. // Anal. Biochem. 2013. V. 433. P. 132–136.
  35. Habig W.H., Pabst M.J., Jakoby W.B. // J. Biol. Chem. 1974. V. 249. № 22. P. 7130-7139.
  36. Smith I.K., Vierheller T.L., Thorne C.A. // Anal. Biochem. 1988. V. 175. P. 408–413.
  37. Flohé L., Günzler W.A. // Methods Enzymol. 1984. V. 105. P. 114–121.
  38. Volohonsky G., Tuby C.N., Porat N., Wellman-Rousseau M., Visvikis M.A., Leroy P., Rashi S., Steinberg S., Stark A.-A. // Chem. Biol. Interact. 2002. V. 140. № 1. P. 49–65.
  39. Oppenheimer L. // J. Biol. Chem. 1979. V. 254. № 12. P. 5184–5190.
  40. Гуринович В.А., Дорофей Д.С. // Эксперим. и клинич. фармакол. Матер. межд. науч.-практич. конф., Гродно, ГрГМУ. 2011. С. 49–53.
  41. Patsoukis N.,·Georgiou C.D. // Anal. Bioanal. Chem. 2004. V. 378. P. 1783-1792.
  42. Bradford M.M. // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248–254.
  43. Verstraeten S.V., Aimo L., Oteiza P.I. // Arch. Toxicol. 2008. V. 82(11). P. 789–802.
  44. Shi Qingli, Xu Hui, Kleinman W.A., Gibson G.E. // Biochimica et Biophysica Acta. 2008. V. 1782. P. 229–238.
  45. Mastrogiacomo F., Bergeron C., Kish S.J. // J. Neurochem.1993. V. 61. P. 2007–2014.
  46. Bubber P., Haroutunian V. // Ann. Neurol. 2005. V. 57. P. 695–703.
  47. Мойсеёнок А.Г. Пантотеновая кислота (биохимия и применение витамина). Минск. 1980. С. 33–48.
  48. Gout I. // Biochem. Soc. Trans. 2018. V. 46. № 3. P. 721–728.
  49. Dobrzyn P. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 8. P. 4371. doi.org/https://doi.org/10.3390/ijms23084371
  50. Todorovic S.M., Jevtovic- Todorovic V. // Antioxid. Redox Signal. 2016 V. 21. № 6. P. 880–891.
  51. Семенович Д.С, Канунникова Н.П., Мойсеёнок А.Г. // Докл. НАН Беларуси. 2020. Т. 64. № 1. С. 78–85.
  52. Subramanian C., Yao J., Frank M.W., Rock C.O., Jackowski S. // Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. 2020. V. 1866. № 5. P. 165663. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2020.165663
  53. Czumaj A., Szrock-Jurga S., Hebanowska A., Turyn J., Swierczynski J., Sledzinski T., Stelmanska E. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. P. 9057. https://doi.org/10.3390/ijms21239057
  54. Мойсеёнок А.Г., Гуринович В.А., Катковская И.Н., Лукиенко Е.П., Максимчик Ю.З. // Кислород и свободные радикалы: сб. матер. науч.-практ. конф. с междун. участ. Гродно. ГрГМУ. 2022. С. 116–118. https://drive.google.com/drive/folders/1YdEwdKDKuY_5K2gMxfDarDuu_xDvOfcp?usp=sharing)
  55. Lashley T., Tossounian M.-A., Heaven N.C., Wallworth S., Peak-Chew S., Bradshaw A., Cooper J.M., Silva R., Srai S.K., Malanchuk O., Filonenko V., Koopman M.B., Rüdiger S.G.D., Skehel M., Gout I. // Front. Cell Neurosci. 2021. V. 15. P. 739425. https://doi.org/10.3389/fncel.2021.739425
  56. Мойсеёнок А.Г., Катковская И.Н. // Сборник статей междунар. науч.-практ. конф, посвящ. 50-летию Института биохимии биологически активных соединений НАНБ, Гродно. 2021. С. 305–314.
  57. O’Neill L.M., Guo C.A., Ding F., Phang Y.X., Liu Z., Shamsuzzama S., Ntambi J.M. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. P. 8619. https://doi.org/10.3390/ijms23084371
  58. Iskusnykh I.Y., Zakharova A.A., Pathak D. Glutathione in Brain disorders and aging. Molecules. 2022. V. 27. P. 324.
  59. Онуфриев М.В., Степаничев М.Ю., Лазарева Н.А., Катковская И.Н., Тишкина А.О., Мойсеёнок А.Г., Гуляева Н.В. // Нейрохимия. 2010. Т. 27. № 2. С. 170–175.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Д.С. Семенович, В.А. Гуринович, Е.П. Лукиенко, И.Н. Катковская, О.В. Титко, Н.П. Канунникова, А.Г. Мойсеёнок

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».