Ионы меди снижают токсическое действие азида натрия и липополисахарида на культивированные зернистые нейроны мозжечка
- Авторы: Стельмашук Е.В.1, Александрова О.П.1, Генрихс Е.Е.1, Верма Е.2, Салмина А.Б.1, Исаев Н.К.1,3
-
Учреждения:
- ФГБНУ «Научный центр неврологии»
- Университет Чаудхари Чаран Сингх
- ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
- Выпуск: Том 17, № 4 (2023)
- Страницы: 52-57
- Раздел: Оригинальные статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2075-5473/article/view/251939
- DOI: https://doi.org/10.54101/ACEN.2023.4.6
- ID: 251939
Цитировать
Аннотация
Введение. Ионы меди (Cu2+) являются структурными элементами белков, в том числе цитохром с-оксидазы (комплекс IV) — фермента, катализирующего конечный этап переноса электронов на кислород в процессе окислительного фосфорилирования в митохондриях. Поддержание гомеостаза Cu2+ в головном мозге очень важно, и его нарушение в центральной нервной системе вовлечено в патогенез многих нейродегенеративных заболеваний и патологических состояний головного мозга.
Цель исследования — определить влияние нетоксических концентраций ионов меди на гибель культивированных зернистых нейронов мозжечка, вызванную липополисахаридом (ЛПС; модель воспаления in vitro) и азидом натрия (NaN3, ингибитор цитохром с-оксидазы).
Материалы и методы. ЛПС (10 мкг/мл) или NaN3 (250 мкМ) добавляли на 7–8-й день in vitro в среду культивирования клеток мозжечка крыс на 24 ч. Уровень нитритов измеряли в среде культивирования методом Грисса, оптическую плотность регистрировали при длине волны 540 нм с помощью спектрофотометра, а число живых нейронов оценивали методом подсчёта морфологически интактных клеток.
Результаты. Добавление в среду культивирования ЛПС снижало выживаемость нейронов до 15 ± 2% относительно контроля, а NaN3 — до 20 ± 3%. В присутствии Cu2+ (0,5–5,0 мкМ) выживаемость нейронов дозозависимо повышалась: на фоне 5 мкМ Cu2+ при токсическом воздействии ЛПС — до 78 ± 4%, а при действии NaN3 — до 86 ± 6%. В среде культивирования контрольных культур содержание нитритов составляло 2,0 ± 0,2 мкМ. Добавление ЛПС вызывало повышение уровня нитритов до 8,5 ± 0,5 мкМ. Ионы меди не оказывали достоверного влияния на накопление нитритов в среде культивирования.
Заключение. Показана возможность защитного действия ионов меди на нейроны при токсичности, вызванной ЛПС и NaN3. Видимо, эта защита обусловлена взаимодействием Cu2+ с комплексом IV цепи переноса электронов в митохондриях, а не подавлением продукции оксида азота, не исключено также влияние Cu2+ на белки путей апоптоза.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Елена Викторовна Стельмашук
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Автор, ответственный за переписку.
Email: estelmash@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2533-7673
д.б.н., в.н.с. лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга
Россия, МоскваОльга Петровна Александрова
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: molka-molka@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0006-9109-1463
к.б.н., н.с. лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга
Россия, МоскваЕлизавета Евгеньевна Генрихс
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: genrikhs@neurilogy.ru
ORCID iD: 0000-0002-3203-0250
к.б.н., с.н.с. лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга
Россия, МоскваЕшвандра Верма
Университет Чаудхари Чаран Сингх
Email: yeshvandra@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5994-7501
магистр филологии, доктор философии, первый старший доцент кафедры токсикологии
Индия, МирутАлла Борисовна Салмина
ФГБНУ «Научный центр неврологии»
Email: allasalmina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4012-6348
д.м.н., г.н.с., руководитель лаб. нейробиологии и тканевой инженерии и отдела молекулярных и клеточных механизмов нейропластичности Института мозга
Россия, МоскваНиколай Константинович Исаев
ФГБНУ «Научный центр неврологии»; ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Email: nisaev61@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8427-1163
д.б.н., в.н.с. лаб. нейробиологии и тканевой инженерии Института мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии»; доцент каф. клеточной биологии и гистологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Россия, Москва; МоскваСписок литературы
- Gromadzka G., Tarnacka B., Flaga A., Adamczyk A. Copper dyshomeostasis in neurodegenerative diseases-therapeutic implications. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(23):9259. doi: 10.3390/ijms21239259
- An Y., Li S., Huang X. et al. The role of Copper homeostasis in brain disease. Int J. Mol. Sci. 2022;23(22):13850. doi: 10.3390/ijms232213850
- Bost M., Houdart S., Oberli M. et al. Dietary copper and human health: current evidence and unresolved issues. J. Trace Elem. Med. Biol. 2016;35:107–115. doi: 10.1016/j.jtemb.2016.02.006
- Сальков В.Н., Худоерков Р.М., Сухоруков В.С. Патогенетические аспекты повреждений головного мозга при болезни Вильсона–Коновалова. Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2020;65(6):22–28. Salkov V.N., Khudoerkov R.M., Sukhorukov V.S. Pathogenetic aspects of brain lesions in Wilson–Konovalov disease. Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics. 2020;65(6):22–28 (in Russ.) doi: 10.21508/1027-4065-2020-65-6-22-28
- Isaev N.K., Stelmashook E.V., Genrikhs E.E. Role of zinc and copper ions in the pathogenetic mechanisms of traumatic brain injury and Alzheimer's disease. Rev. Neurosci. 2020;31(3):233–243. doi: 10.1515/revneuro-2019-0052
- Гулевская Т.С., Чайковская Р.П., Ануфриев П.Л. Патоморфология головного мозга при гепатолентикулярной дегенерации (болезни Вильсона–Коновалова). Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2020;14(2):50–61. Gulevskaya T.S., Chaykovskaya R.P., Anufriev P.L. Cerebral pathology in hepatolenticular degeneration (Wilson disease). Annals of Clinical and Experimental Neurology. 2020;14(2):50–61. (in Russ) doi: 10.25692/ACEN.2020.2.7
- Fujimoto Y., Maruta S., Yoshida A., Fujita T. Effect of transition metal ions on lipid peroxidation of rabbit renal cortical mitochondria. Res. Commun. Chem. Pathol. Pharmacol. 1984;44(3):495–498.
- Jimenez Del Rio M., Velez-Pardo C. Transition metal-induced apoptosis in lymphocytes via hydroxyl radical generation, mitochondria dysfunction, and caspase-3 activation: an in vitro model for neurodegeneration. Arch. Med. Res. 2004;35(3):185–193. doi: 10.1016/j.arcmed.2004.01.001
- Su X.Y., Wu W.H., Huang Z.P. et al. Hydrogen peroxide can be generated by tau in the presence of Cu(II). Biochem. Biophys. Res. Commun. 2007;358(2):661–665. doi: 10.1016/j.bbrc.2007.04.191
- Stelmashook E.V., Genrikhs E.E., Kapkaeva M.R. et al. N-acetyl-l-cysteine in the presence of Cu2+ induces oxidative stress and death of granule neurons in dissociated cultures of rat cerebellum. Biochemistry (Mosc.). 2017;82(10):1176–1182. doi: 10.1134/S0006297917100108
- Stelmashook E.V., Isaev N.K., Genrikhs E.E., et al. Role of zinc and copper ions in the pathogenetic mechanisms of Alzheimer's and Parkinson's diseases. Biochemistry (Mosc.). 2014;79(5):391–396. doi: 10.1134/S0006297914050022
- Agarwal P., Ayton S., Agrawal S. et al. Brain copper may protect from cognitive decline and Alzheimer's disease pathology: a community-based study. Mol. Psychiatry. 2022;27(10):4307–4313. doi: 10.1038/s41380-022-01802-5
- Whitehouse M.W., Walker W.R. Copper and inflammation. Agents Actions. 1978;8(1-2):85–90. doi: 10.1007/BF01972407
- Berthon 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(3–4):210–217. doi: 10.1007/BF01998975
- Caetano-Silva M.E., Rund L.A., Vailati-Riboni M. et al. Copper-binding peptides attenuate microglia inflammation through suppression of NF-kB pathway. Mol. Nutr. Food Res. 2021;65(22):e2100153. doi: 10.1002/mnfr.202100153
- Bal-Price A., Brown G.C. Inflammatory neurodegeneration mediated by nitric oxide from activated glia-inhibiting neuronal respiration, causing glutamate release and excitotoxicity. J. Neurosci. 2001;21(17):6480–6491. doi: 10.1523/JNEUROSCI.21-17-06480.2001
- Ghasemi M., Mayasi Y., Hannoun A. et al. Nitric oxide and mitochondrial function in neurological diseases. Neuroscience. 2018;376:48–71. doi: 10.1016/j.neuroscience.2018.02.017
- Singh S., Zhuo M., Gorgun F.M., Englander E.W. Overexpressed neuroglobin raises threshold for nitric oxide-induced impairment of mitochondrial respiratory activities and stress signaling in primary cortical neurons. Nitric Oxide. 2013;32:21–28. doi: 10.1016/j.niox.2013.03.008
- Brunori M., Giuffrè A., Forte E. et al. Control of cytochrome c oxidase activity by nitric oxide. Biochim. Biophys. Acta. 2004;1655(1–3):365–371. doi: 10.1016/j.bbabio.2003.06.008
- Mason M.G., Nicholls P., Wilson M.T., Cooper C.E. Nitric oxide inhibition of respiration involves both competitive (heme) and noncompetitive (copper) binding to cytochrome c oxidase. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006;103(3):708–713. doi: 10.1073/pnas.0506562103
- Torres J., Wilson M.T. The reactions of copper proteins with nitric oxide. Biochim. Biophys. Acta. 1999;1411(2–3):310–322. doi: 10.1016/s0005-2728(99)00022-5
- Larsen F.J., Schiffer T.A., Weitzberg E., Lundberg J.O. Regulation of mitochondrial function and energetics by reactive nitrogen oxides. Free Radic. Biol. Med. 2012;53(10):1919–1928. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2012.08.580
- Tsvetkov P., Coy S., Petrova B. et al. Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins. Science. 2022;375(6586):1254–1261. doi: 10.1126/science.abf0529
- Rubio-Osornio M., Orozco-Ibarra M., Díaz-Ruiz A. et al. Copper sulfate pretreatment prevents mitochondrial electron transport chain damage and apoptosis against MPP+-induced neurotoxicity. Chem. Biol. Interact. 2017;271:1–8. doi: 10.1016/j.cbi.2017.04.016
- Islas-Cortez M., Rios C., Rubio-Osornio M. et al. Characterization of the antiapoptotic effect of copper sulfate on striatal and midbrain damage induced by MPP+ in rats. Neurotoxicology. 2021;82:18–25. doi: 10.1016/j.neuro.2020.10.011
- Alcaraz-Zubeldia M., Boll-Woehrlen M.C., Montes-López S. et al. Copper sulfate prevents tyrosine hydroxylase reduced activity and motor deficits in a Parkinson's disease model in mice. Rev. Invest. Clin. 2009;61(5):405–411.
- Varhaug K.N., Kråkenes T., Alme M.N. et al. Mitochondrial complex IV is lost in neurons in the cuprizone mouse model. Mitochondrion. 2020;50:58–62. doi: 10.1016/j.mito.2019.09.003
- Shiri E., Pasbakhsh P., Borhani-Haghighi M. et al. Mesenchymal stem cells ameliorate cuprizone-induced demyelination by targeting oxidative stress and mitochondrial dysfunction. Cell. Mol. Neurobiol. 2021;41(7):1467–1481. doi: 10.1007/s10571-020-00910-6
Дополнительные файлы
