Modeling and dynamics of endogenous and exogenous oxidative stress in vitro


Cite item

Full Text

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

Abstract

Relevance. The effect of pro-oxidants on the cell can cause different effects depending on the dose and duration of exposure, therefore, adequate experimental models of oxidative stress (OS) in vitro are needed to study these processes.

The aim of the study was to study the dynamics of OS development in endogenous and exogenous in vitro models.

Material and methods. The study was carried out on a line of Caco-2 cells. Hydrogen peroxide (H2O2) and DL-butyonine sulfoximine (BSO) were added to cells at concentrations of 0.1–100 μM s and 1–500 microns, respectively, at the confluence of 3, 24 and 72 hours. At the end of the exposure, the percentage of viable cells was determined (MTT test), the level of reactive oxygen species (MitoTracker Red CM-H2 XRos), the amount of Nrf2 and glutathione peroxidase (ELISA), the concentration of carbonyl derivatives of proteins (photometric method.)

Results. H2O2 at concentrations of 5–50 μM and BSO – 10; 50; 100 μM cause an increase in the level of carbonyl derivatives of proteins, the level of transcription factor Nrf2 and antioxidant enzyme – glutathione peroxidase at exposure time of 24 and 72 hours. The concentration of H2O2 100 μM and BSO 500 μM are toxic to the Caco-2 cell line. The incubation period of 3 hours does not cause the development of OS.

Conclusion. Hydrogen peroxide at concentrations of 5-50 μM, BSO – 10; 50; 100 μM and exposure time of 24 and 72 hours cause the development of compensated oxidative stress (eustress), and H2O2 at concentrations of 100 μM and BSO – 500 μM are toxic to cells of the Caco-2 line.

About the authors

Yu. V. Abalenikhina

Ryazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: abalenihina88@mail.ru

Ph.D. (Biol.), Associate Professor

Russian Federation, Ryazan

S. K. Pravkin

Ryazan State Medical University

Email: abalenihina88@mail.ru

Ph.D. (Med.), Associate Professor

Russian Federation, Ryazan

A. V. Shchulkin

Ryazan State Medical University

Email: abalenihina88@mail.ru

Dr.Sc. (Med.), Associate Professor

Russian Federation, Ryazan

E. D. Rokunov

Ryazan State Medical University

Email: abalenihina88@mail.ru

Student, the Faculty of Medicine

Russian Federation, Ryazan

D. S. Nemtinov

Ryazan State Medical University

Email: abalenihina88@mail.ru

Student, the Faculty of Medicine

Russian Federation, Ryazan

E. P. Vasilyeva

Ryazan State Medical University

Email: abalenihina88@mail.ru

Student, the Pediatric Faculty

Russian Federation, Ryazan

E. N. Yakusheva

Ryazan State Medical University

Email: abalenihina88@mail.ru

Dr.Sc. (Med.), Professor

Russian Federation, Ryazan

References

  1. Sies H. Introductory Remarks. Ed. Oxidative Stress, Academic Press, London, 1985; 1–8.
  2. Sies H., Cadenas E. Oxidative stress: damage to intact cells and organs. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1985; 311: 617–631.
  3. Jones D.P. Redefining oxidative stress. Antioxid Redox Signal. 2006; 8(9-10):1865–1879.
  4. Sies Н. Oxidative Stress: Eustress and Distress in Redox Homeostasis Stress: Physiology. Biochemistry, and Pathology. 2019; 13: 153–163.
  5. Sies H. On the history of oxidative stress: Concept and some aspects of current development. Current Opinion in Toxicology. 2018; 7: 122–126.
  6. Itoh K., Chiba T., Takahashi S., et al. An Nrf2/small Maf heterodimer mediates the induction of phase II detoxifying enzyme genes through antioxidant response element. Biochem Biophys Res Commun. 1997; 236: 313–322.
  7. Schreck R., Albermann K., Baeuerle P.A. Nuclear factor kappa B: an oxidative stress-responsive transcription factor of eukaryotic cells. Free Radic Res Commun. 1992; 17:221–237.
  8. Калинин Р.Е., Сучков И.А., Мжаванадзе Н.Д. и др. Сравнение цитотоксичности синтетических сосудистых протезов in vitro. Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова. 2020; 28(2): 183–192.
  9. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976; 72: 248–54.
  10. Sies H. Hydrogen peroxide as a central redox signaling molecule in physiological oxidative stress: Oxidative eustress. Redox Biology. 2017; 11: 613–619.
  11. Smirnoff N., Arnaud D. Hydrogen peroxide metabolism and functions in plants. New Phytologist. 2019; 2: 1197–1214.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Viability of Caco-2 cells exposed to (a) hydrogen peroxide and (b) DL-butionine sulfoximine for 3, 24, and 72 h (M, n = 3).

Download (64KB)
3. Figure 2. Change in the level of reactive oxygen species under the action of hydrogen peroxide (H2O2) and D,L-butionine sulfoximine (BSO) in Caco-2 cells: staining with MitoTracker Red CM-H2XRos, ×400

Download (264KB)
4. Figure 3. The concentration of carbonyl derivatives of proteins in the cytoplasmic fraction of the homogenate upon exposure to hydrogen peroxide (a) at concentrations of 0.1–100 μM and upon exposure to D,L-butionine sulfoximine (b) at concentrations of 1–500 μM and exposure time of 3, 24 and 72 h (M, n = 3); p < 0.05 compared with *control; ^ incubation period 3 hours; + 24 h incubation period (Newman–Keuls test)

Download (98KB)
5. Figure 4. The amount of Nrf2 in the cytoplasmic fraction of the Caco-2 cell lysate upon exposure to hydrogen peroxide at concentrations of 1–500 μM (left) and DL-butionine sulfoximine at concentrations of 1–500 μM for 3, 24, and 72 h (M ± SD, n = 3)

Download (53KB)

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».