Действие биферментного конъюгата супероксиддисмутаза-хондроитинсульфат-каталаза в условиях модельного окислительного стресса in vitro и in vivo тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.04, кандидат биологических наук Ваваев, Александр Владимирович

• Ваваев, Александр Владимирович
• кандидат биологических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Ваваев, Александр Владимирович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Окислительный стресс.'.

Супероксидный анион-радикал.

Пероксид водорода.

Гидроксильный радикал.!.

Роль ферментных систем в окислительном стрессе.

Окислительный стресс в сердечно-сосудистых патологиях.

Свободнорадикальная теория атерогенеза.

Нтемическое и реперфузионное поражение миокарда.•.

Антиоксиданты в кардиологии.

Клинические исследования алиментарных антиоксид антов.

Недостатки клинических исследовании антиоксидантов.

Ферментные антиоксиданты.

Глутатиопероксидаза.

Каталаза.

Супероксиддисмутаза.

Модификация антиоксидантных ферментов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Материалы.

Методы.

Синтез биферментного коныогата.

Исследование тромбоцитов.:.

Исследования изменений тонуса кольцевого фрагмента аорты крысы.

Эксперименты in vivo.

Токсикологические исследования.

Статистическая обработка.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

Исследование тромбоцитов.

Влияние пероксида водорода на агрегацию и адгезию тромбоцитов.

Эффект препаратов КАТ на агрегацию и адгезию тромбоцитов.

Исследование тонуса фрагмента брюшной аорты крысы.

Дозо-зависимое действие пероксида водорода на тонус артериального фрагмента.

Влияние препаратов каталазы на действие H¡0}.

Влияние СОД активности на сосудистый тонус.

Эксперименты in vivo.

Переносимость.

Эксперименты на кроликах.

Эксперименты на крысах.

Токсикологические исследования.

Острая токсичность.

Мутагенность.

Заключение диссертации по теме «Биохимия», Ваваев, Александр Владимирович

выводы

1. Биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ снимает индуцирующее действие Н202 на агрегацию тромбоцитов в концентрациях на порядок меньше, чем нативная КАТ.

Биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ также достоверно ингибирует агрегацию тромбоцитов, индуцированную совместным действием Н202 и традиционных индукторов.

2. Биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ ингибирует спонтанную и вызванную классическими индукторами агрегацию тромбоцитов. Этот антиагрегационный эффект не сводятся исключительно к антиоксидантной активности СОД-ХС-КАТ и обусловлен надмолекулярной структурой.

3. Биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ не уступает по эффективности защитного действия СОД и КАТ и в дозе 500 ед. кат. акт. вызывает более выраженный эффект в условиях модельного окислительного стресса на кольцевых фрагментах брюшной аорты крысы.

4. Биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ в дозах 1,5 - 2,0 мг/кг предупреждает и нормализует существенные нарушения гемодинамики (АД и ЧСС), вызванные Н202 in vivo у крыс и кроликов.

5. Биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ обладает низкой острой токсичностью и хорошей переносимостью, определенной в тестах на мышах, крысах и кроликах, и не проявляет мутагенных свойств в тесте Эймса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Удовлетворительная переносимость организмом крыс и кроликов производного СОД-ХС-КАТ, его низкая острая токсичность, определенная в тестах на мышах, отсутствие у него мутагенных свойств в тесте Эймса, нормализующее действие на показатели гемодинамики in vivo и выраженная антиоксидантная и антиагрегантная активность in vitro обосновывают перспективность биомедицинской разработки этого препарата как возможного терапевтического средства.

Действительно, биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ обладал выраженным дозозависимым ингибирующим действием на агрегацию тромбоцитов, индуцированную как самим Н202, так и им совместно с «традиционными» индукторами агрегации, активирующими тромбоциты по разным механизмам и при разных концентрациях. Кроме того, за счет сочетанной ферментативной активности и приобретенной надмолекулярной структуры СОД-ХС-КАТ ингибировал агрегацию тромбоцитов, индуцированную «традиционными» индукторами и возникшую самостоятельно (СПА). Благодаря активности обоих ферментных компонентов вазопротекторные свойства конъюгата СОД-ХС-КАТ проявлялись у сосудистой стенки (на изолированном кольцевом фрагменте брюшной аорты крысы), не уступая по эффективности нативным формам СОД и КАТ. Нормализующее действие биферментного конъюгата СОД-ХС-КАТ на показатели гемодинамики кроликов и крыс in vivo, нарушенные введением в кровоток Н2О2, также надежно подтверждали приведенное выше заключение. Биферментный конъюгат СОД-ХС-КАТ обоснованно предстает эффективным потенциальным средством антиоксидантной терапии.

Отмеченная в других исследованиях эффективность перорального [142] и ингаляционного [178] применения модифицированной формы СОД указывает на целесообразность последовательного изучения и разработки пероральных форм СОД-ХС-КАТ конъюгата для профилактического и терапевтического использования и преодоления неудач клинической антиоксидантной терапии [157] при обилии данных успешного действия антиоксидантов in vivo.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Ваваев, Александр Владимирович, 2011 год

1. Miura Т., Miki Т. Limitation of myocardial infarct size in the clinical setting: current status and challenges in translating aimed experiments into clinical therapy. Basic Res. Cardiol., 2008, 103, 501-513.

2. Maksimenko A.V. Thrombolysis research — new objectives after a shift of accent. Med. Sci. Monit., 2002, 8, RA13-RA21.

3. Дубинина E.E. Продукты метаболизма кислорода в функциональной активности клеток. — СПб.: Медицинская пресса, 2006.

4. Меныцикова Е.Б., Зенков Н.К., Панкин В.З., Бондарь И.А., Труфакин В.А. Окислительный стресс. Патологические состояния и заболевания. Новосибирск: АРТА, 2008.

5. Меныцикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К., Бондарь И.А., Круговых Н.Ф., Труфакин В.А. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Фирма «Слово», 2006.

6. Scibior D, Czeczot Н. Katalaza budowa, wlasciwosci, funkcje. Postepy Hig. Med. Dosw., 2006, 60, 170-180.

7. Максименко A.B. Внеклеточное оксидативное поражение сосудистой стенки и её ферментная антиоксидантная защита. Хим.-фарм. журн., 2007, 41(5), 3-12.

8. Vogiatzi G., Tousoulis D., Stefanadis C. The role of oxidative stress in atherosclerosis. Hellenic J. Cardiol., 2009, 50(5), 402-409.

9. Капелько В.И. Эволюция концепций и метаболическая основа ишемической дисфункции миокарда. Кардиология, 2005, 45(9), 55-61.

10. Prodczacy J.J., Wei R. Reduction of iodonitrotetrazolium violel by superoxide radicals. Biochem. Biophys. Res. Comm., 1988, 150, 12941301.

11. Владимиров Ю.А., Азизова O.A., Деев Л.И. и др. Свободные радикалы в живых системах. Итоги науки и техники. Сер. Биофизика, 1991, 29, 1-249.

12. Murrell G., Bromley F.N. Modulation of fibroblast proliferation by oxygen free radicals. Biochem. J., 1990, 265, 659-665.

13. Halliwell B. Free radicals, antioxidants, and human disease: curiosity, cause, or consequence? Lancet, 1994, 344, 721-724.

14. Sundqvist T. Bovine aortic endothelial cells release hydrogen peroxide. J. Cell. Physiol., 1991, 148, 152-156.

15. Faraci F.M. Hydrogen peroxide: watery fuel for change in vascular biology. Arterioscler. Thromb. Vase. Biol., 2006, 26(9), 1931-1933.

16. Schubert J., Wilmer J.W. Does hydrogen peroxide exist «free» in biological systems? Free Radic. Biol. Med., 1991, 11, 545-555.

17. Torrielli M.V., Dianzani M.U. Free radicals in inflammatory disease. Free Radicals in Molecular Bioiogy, Aging, and Disease.- N.Y.: Raven Press, 1984.- P. 355-379.

18. Гамалей И.А., Клюбин И.В. Перекись водорода как сигнальная молекула. Цитология, 1996, 38(12), 1233-1247.

19. Suzuki Y.J., Forman H.J., Sevanian A. Oxidants as stimulators of signal transduction. Free Radie. Biol. Med., 1997, 22(1-2), 269-285.

20. Gil-Longo J., González-Vázquez С. Characterization of four different effects elicited by H202 in rat aorta. Vascul. Pharmacol. 2005, 43(2), 128-138.

21. Miura H., Bosnjak J.J., Ning G. et al. Role for hydrogen peroxide in flow-induced dilation of human coronary arterioles. Circ. Res., 2003, 92, e31-e40.

22. Halliwell В., Clement M.V., Long L.H. Hydrogen peroxide in the human body. FEBS Lett. 2000, 486(1), 10-13.

23. Block E. Hydrogen peroxide alters the physical state and function of the plasma cell membrane of pulmonary artery endotheliat cells. J. Cell Physiol., 1991, 146, 362-369.

24. Hinshaw D.B., Burger J.M., Delius R.E. et al. Inhibition of organic anion transport in endothelial ceils by hydrogen peroxide. Arch. Biochem. Biophys., 1992. 298, 464-470.

25. Wilson J., Winter M., Shasby D.M. Oxidants, ATP depletion, and endothelial permeability to macromolecules. Blood, 1990, 76, 25782582.

26. Музыкантов B.P., Пучнина-Артюшснко E.A., Чекнева E.B., Войно-Ясенецкая Т.А. Перекись водорода в субтоксических концентрациях активирует фосфоинозитидпый обмен в эпдотелиальных клетках человека. Биол. мембраны, 1992, 9(2), 133.

27. Wu S.M., Pizzo S.V. Mechanism of hypochlorite-mediated inactivation of proteinase inhibition by alpha 2-macroglobulin. Biochemistry, 1999,38, 13983-13990.

28. Shingu M., Nonaka S., Nishimukai H. et al. Activation of complement in normal serum by hydrogen peroxide and hydrogen peroxide-related oxygen radicals produced by activated neutrophils. Clin. Experim. Immunol., 1992, 90, 72-78.

29. Pigeolet E., Corbisier P., Houbion A. et al. Glutathione peroxidase, superoxide dismutase, and catalase inactivation by peroxides and oxygen derived free radicals. Mech. Age Dev., 1990, 51, 283-297.

30. Bast A., Haencn G.R.M.M., Doelman C.J. A. Oxidants and antioxidants: state of the art. Am. J. Med., 1991, 91(30), 2S-13S.

31. Lovaas E. Free radical generation and coupled thiol oxidation by lactoperoxidase/SCN/ H202. Free Radic. Biol. Med., 1992, 13, 187195.

32. Якутова Э.Ш., Осипов A.H., Костенко O.B. и др. Взаимодействие гипохлорита с оксигемоглобином приводит к освобождению железа в каталитически активной форме. Биофизика, 1992, 37(6), 1021-1028.

33. Eaton J.W. Catalases and peroxidases and glutaihione and hydrogen peroxide: Mysteries of the bestiary. J. Lab. Clin. Med., 1991, 118, 3-4.

34. McDonald R.J., Pan L.C., StGeorge J.A. et al. Hydrogen peroxide induces DNA single strand breaks in respiratory epithelial cells. Inflammation, 1993, 17, 715-722.

35. Iuliano L., Colavita A.R., Leo R. et al. Oxygen free radicals and platelet activation. Free Radic. Biol. Med., 1997, 22(6), 999-1006.

36. Krotz F., Sohn H.Y., Pohl U. Reactive oxygen species: players in the platelet game. Arterioscler. Thromb. Vase. Biol., 2004, 24(11), 19881996.

37. Кузнецов С.И. Причины гибели животных при отравлении перекисью водорода. Бюл. эксперим. биологии и медицины, 1993, 135(6), 596-598.

38. Fenton H.J.H. Oxidation of tartaric acid in the presence of iron. J. Chem. Soc., 1894, 65, 899-910.

39. Aruoma O.I„ Halliwell В., Gajewski E., Dizdaroglu M. Copper-ion-dependent damage to the bases in DNA in the presence of hydrogen peroxide. Biochem. J., 1991, 273, 601-604.

40. Осипов А.П., Азизова O.A., Владимиров Ю.А. Активированные формы кислорода и их роль в организме. Успехи биол. химии, 1990,31, 180-208.

41. Minotti G., DiGennaro М., D'Ugo D., Granone P. Possible sources of iron for lipid peroxidation. Free Radic. Res. Commun., 1991, 12-13 Pt 1,99-106.

42. Borthon G. Is copper pro- or anti-inflammatory? A reconciling view and a novel approach for the use of copper in the control of inflammation. Agents Actions, 1993, 39, 210-217.

43. Vissers M.C.M., Winterboum C.C. Oxidative damage fibronectin. 2. The effect of H202 and hydroxyl radical. Arch. Biochem. Biophys., 1991,285,357-365.

44. Imlay J.A., Linn S. DNA damage and oxygen radical toxicity. Science, 1988,240, 1302-1309.

45. Dizdaroglu M., Olinski R., Doroshow J.H., Akman S.A. Modification of DNA bases in chromatin of intact target human cells by activated human polymorphonuclear leukocytes. Cancer Res., 1993, 53, 12691272.

46. Alam K., Ali A., Ali R. The effect of hydroxyl radical on the antigenicity of native DNA. FEBS Lett., 1993, 319, 66-70.

47. De Witt D.L. Prostaglandine endoperoxidase synthase: regulation of enzyme expression. Biochim. Biophys. Acta., 1991, 1083, 121-134.

48. Каленикова Е.И., Городецкая E.A., Мурашев Л.П. и др. Роль свободных радикалов кислорода в повышенной чувствительности гипертрофированного миокарда крысы к ишемии. Биохимия, 2004, 69(3), 386-392.

49. Vanasbeck B.S. Involvement of oxygen radicals and blood cells in the pathogenesis of ARDS by endotoxin and hyperoxia. Appl. Cardiopulm. Pathophysiol., 1991. 4, 127-138.

50. Droge W. Free radicals in the physiological control of cell function. Physiol. Rev., 2002, 82, 47-95.

51. Loukogeorgakis S.P., van den Berg M.J., Sofat R. et al. Role of NADPH oxidase in endothelial ischemia/reperfusion injury in humans. Circulation, 2010, 121(21), 2310-2316.

52. Antoniades C., Tousoulis D., Marinou K. et al. Effects of lipid profile on forearm hyperemic response in young subjects. Hellenic J. Cardiol., 2006, 47, 152-157.

53. Spiekermann S., Landmesser U., Dikalov S. et al. Electron spin resonance characterization of vascular xanthine and NAD(P)H oxidase activity in patients with coronary artery disease: relation to