Benzimidazole Derivative NS1619 Inhibits Functioning of Mitochondria Isolated from Mouse Skeletal Muscle

M. V. Dubinin; Дубинин М. В.; A. D. Igoshkina; Игошкина А. Д.; A. A. Semenova; Семенова А. А.; N. V. Mikina; Микина Н. В.; E. I. Khoroshavina; Хорошавина Е. И.; K. N. Belosludtsev; Белослудцев К. Н.

doi:10.31857/S0233475523030064

Производное бензимидазола NS1619 подавляет функционирование изолированных митохондрий скелетных мышц мышей

Авторы: Дубинин М.В.¹, Игошкина А.Д.¹, Семенова А.А.¹, Микина Н.В.¹, Хорошавина Е.И.¹, Белослудцев К.Н.¹^,2
Учреждения:
1. Марийский государственный университет
2. Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН
Выпуск: Том 40, № 4 (2023)
Страницы: 279-288
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0233-4755/article/view/135014
DOI: https://doi.org/10.31857/S0233475523030064
EDN: https://elibrary.ru/FBJKVF
ID: 135014

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Известно, что активатор Са²⁺-чувствительного калиевого канала большой проводимости (ВК_Са) NS1619 обладает плейотропным действием и способен также оказывать влияние на функционирование других транспортных систем клетки и ее органелл. В настоящей работе нами изучено влияние этого производного бензимидазола на функционирование изолированных митохондрий скелетных мышц мышей. Показано, что NS1619 дозозависимо подавляет дыхание и окислительное фосфорилирование митохондрий скелетных мышц мышей, энергизованных как в присутствии глутамат/малата (субстраты комплекса I дыхательной цепи), так и сукцината (субстрат комплекса II дыхательной цепи). Такое действие NS1619 обусловлено ингибированием активности комплексов I, III и IV дыхательной цепи органелл, а также АТР-синтазы и сопровождается дозозависимым снижением мембранного потенциала органелл, энергизованных субстратами или АТР. Кроме того, NS1619 существенно снижает способность митохондрий поглощать и аккумулировать ионы кальция в матриксе. В то же время, мы отметили антиоксидантный эффект NS1619, который проявляется в снижении продукции перекиси водорода митохондриями скелетных мышц, энергизованными глутаматом и малатом. В работе обсуждаются механизмы возможного токсического действия NS1619 на функционирование митохондрий скелетных мышц и его вклад в побочные эффекты, наблюдаемые при in vivo терапии мышечных патологий.

Ключевые слова

митохондрии скелетных мышц, NS1619, окислительное фосфорилирование, дыхательная цепь, кальций, активные формы кислорода

Список литературы

González-Sanabria N., Echeverría F., Segura I., Alvarado-Sánchez R., Latorre R. 2021. BK in double-membrane organelles: A biophysical, pharmacological, and functional survey. Front. Physiol. 12, 761474.
Singh H., Rong L., Bopassa J., Meredith A., Stefani E., Toro L. 2013. MitoBK-Ca is encoded by the KCNMA1 gene, and a splicing sequence defines its mitochondrial location. Proc. Natl. Acad. Sci. 110, 10836–10841.
Wrzosek A., Augustynek B., Żochowska M., Szewczyk A. 2021. mitochondrial potassium channels as druggable targets. Biomolecules. 10 (8), 1200.
Checchetto V., Leanza L., De Stefani D., Rizzuto R., Gulbins E., Szabo I. 2021. Mitochondrial K+ channels and their implications for disease mechanisms. Pharmacol. Ther. 227, 107874.
Xu W., Liu Y., Wang S., McDonald T., Van Eyk J.E., Sidor A., O’Rourke B. 2002. Cytoprotective role of Ca2+- activated K+ channels in the cardiac inner mitochondrial membrane. Science. 298, 1029–1033.
Kulawiak B., Kudin A.P., Szewczyk A., Kunz W.S. 2008. BK channel openers inhibit ROS production of isolated rat brain mitochondria. Exp. Neurol. 212, 543–547.
Heinen A., Aldakkak M., Stowe D.F., Rhodes S.S., Riess M.L., Varadarajan S.G., Camara A.K. 2007. Reverse electron flow-induced ROS production is attenuated by activation of mitochondrial Ca2+-sensitive K+ channels. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 293, H1400–H1407.
Wang X., Yin C., Xi L., Kukreja R.C. 2004. Opening of Ca2+-activated K+ channels triggers early and delayed preconditioning against I/R injury independent of NOS in mice. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 287, H2070–H2077.
Du X., Carvalho-De-Souza J.L., Wei C., Carrasquel-Ursulaez W., Lorenzo Y., Gonzalez N., Kubota T., Staisch J., Hain T., Petrossian N., Xu M., Latorre R., Bezanilla F., Gomez C.M. 2020. Loss-of-function BK channel mutation causes impaired mitochondria and progressive cerebellar ataxia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 117, 6023–6034.
Debska G., Kicinska A., Dobrucki J., Dworakowska B., Nurowska E., Skalska J., Dolowy K., Szewczyk A. 2003. Large-conductance K+ channel openers NS1619 and NS004 as inhibitors of mitochondrial function in glioma cells. Biochem. Pharmacol. 65 (11), 1827–1834.
Kicinska A., Szewczyk A. 2004. Large-conductance potassium cation channel opener NS1619 inhibits cardiac mitochondria respiratory chain. Toxicol. Mech. Methods, 14 (1–2), 59–61.
Łukasiak A., Skup A., Chlopicki S., Łomnicka M., Kaczara P., Proniewski B., Szewczyk A., Wrzosek A. 2016. SERCA, complex I of the respiratory chain and ATP-synthase inhibition are involved in pleiotropic effects of NS1619 on endothelial cells. Eur. J. Pharmacol. 786, 137–147.
Park W.S., Kang S.H., Son Y.K., Kim N., Ko J.H., Kim H.K., Ko E.A., Kim C.D., Han J. 2007. The mitochondrial Ca2+-activated K+ channel activator, NS 1619 inhibits L-type Ca2+ channels in rat ventricular myocytes. Biochem. Biophys. Res. Commun. 362 (1), 31–36.
Dubinin M.V., Starinets V.S., Belosludtseva N.V., Mikheeva I.B., Chelyadnikova Y.A., Igoshkina A.D., Vafina A.B., Vedernikov A.A., Belosludtsev K.N. 2022. BKCa activator ns1619 improves the structure and function of skeletal muscle mitochondria in duchenne dystrophy. Pharmaceutics. 14, 2336.
Dubinin M.V., Talanov E.Y., Tenkov K.S., Starinets V.S., Mikheeva I.B., Sharapov M.G., Belosludtsev K.N. 2020. Duchenne muscular dystrophy is associated with the inhibition of calcium uniport in mitochondria and an increased sensitivity of the organelles to the calcium-induced permeability transition. Biochim. Biophys. Act-a. Mol. Basis Dis. 1866 (5), 165674.
Dubinin M.V., Svinin A.O., Vedernikov A.A., Starinets V.S., Tenkov K.S., Belosludtsev K.N., Samartsev V.N. 2019. Effect of hypothermia on the functional activity of liver mitochondria of grass snake (Natrixnatrix): Inhibition of succinate-fueled respiration and K+ transport, ROS-induced activation of mitochondrial permeability transition. J. Bioenerg. Biomembr. 51 (3), 219–229.
Chance B., Williams G.R. 1955. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. I. Kinetics of oxygen utilization. J. Biol. Chem. 217 (1), 383–393.
Pollard A.K., Craig E.L., Chakrabarti L. 2016. Mitochondrial complex I activity measured by spectrophotometry is reduced across all brain regions in ageing and more specifically in neurodegeneration. PLoS One. 11(6), e0157405.
Spinazzi M., Casarin A., Pertegato V., Salviati L., Angelini C. 2012. Assessment of mitochondrial respiratory chain enzymatic activities on tissues and cultured cells. Nat. Protoc. 7 (6), 1235–1246.
Venediktova N., Solomadin I., Nikiforova A., Starinets V., Mironova G. 2021. functional state of rat heart mitochondria in experimental hyperthyroidism. Int. J. Mol. Sci. 22, 11744.
Dubinin M.V., Sharapov V.A., Ilzorkina A.I., Efimov S.V., Klochkov V.V., Gudkov S.V., Belosludtsev K.N. 2022. Comparison of structural properties of cyclosporin A and its analogue alisporivir and their effects on mitochondrial bioenergetics and membrane behavior. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 1864 (9), 183972.
Dubinin M.V., Starinets V.S., Talanov E.Y., Mikheeva I.B., Belosludtseva N.V., Belosludtsev K.N. 2021. Alisporivir improves mitochondrial function in skeletal muscle of mdx mice but suppresses mitochondrial dynamics and biogenesis. Int. J. Mol. Sci. 22, 9780.
Heinen A., Camara A.K., Aldakkak M., Rhodes S.S., Riess M.L., Stowe D.F. 2007. Mitochondrial Ca2+-induced K+ influx increases respiration and enhances ROS production while maintaining membrane potential. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 292 (1), C148–C156.
Bosetti F., Baracca A., Lenaz G., Solaini, G. 2004. Increased state 4 mitochondrial respiration and swelling in early post-ischemic reperfusion of rat heart. FEBS Lett. 563 (1–3), 161–164.
Zorov D.B., Juhaszova M., Sollott S. J. 2014. Mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and ROS-induced ROS release. Physiol. Rev. 94 (3), 909–950.
Андреев А.Ю., Кушнарева Ю.Е., Мерфи Э.Н., Старков А.А. 2015 Митохондриальный метаболизм активных форм кислорода: десять лет спустя. Биохимия. 5 (80), 612–630.
Rasola A., Bernardi P. 2011. Mitochondrial permeability transition in Ca2+-dependent apoptosis and necrosis. Cell Calcium. 50, 222–233.
Дубинин М.В., Белослудцев К.Н. 2019. Таксономические особенности механизмов специфического транспорта Cа2+ в митохондриях. Биол. мембраны. 36 (4), 231–241.
Белослудцев К.Н., Дубинин М.В., Белослудцева Н.В., Миронова Г.Д. 2019. Транспорт ионов Ca2+ митохондриями: механизмы, молекулярные структуры и значение для клетки. Биохимия. 6 (84), 759–775.
Olesen S. P., Munch E., Moldt P., Drejer J. 1994. Selective activation of Ca2+-dependent K+ channels by novel benzimidazolone. Eur. J. Pharmacol. 251 (1), 53–59.