Role of reactive oxygen species in cell physiology and pathology and their pharmacological regulation


Cite item

Full Text

Abstract

This review is devoted to analysis of modern scientific investigations about role of reactive oxygen species (ROS) in physiology and pathophysiology of cell. Key issues of ROS generation, their function in signaling pathways, role in the cellular pathology, functioning of antioxidant system are discussed in the paper. The review also summarizes literature data about possibility of pharmacological regulation of the activity of free radical oxidation reactions, which have practical value for effective pharmacotherapy of diseases in pathogenesis of which destructive action of ROS is present.

About the authors

Vasiliy Egorovich Novikov

Smolensk State Medical Academy

Email: nau@sgma.info
Doctor of Medical Sciences, professor, Head of the Department of Pharmacology

Olga Sergeevna Levchenkova

Smolensk State Medical Academy

Email: OS.Levchenkova@gmail.com
PhD (Pharmacology), Senior Lecturer, Dept. of Pharmacology

Yelena Vasilyevna Pozhilova

Smolensk State Medical Academy

Email: nau@sgma.info
Postgraduate Fellow, Dept. of Pharmacology

References

  1. Гривенникова В. Г., Виноградов А. Д. Генерация активных форм кислорода митохондриями // Успехи биол. химии. - 2013. - Т. 53. - С. 245-296.
  2. Зоров Д. Б., Исаев Н. К., Плотников Е. Ю., Силачев Д. Н. Перспективы митохондриальной медицины // Биохимия. - 2013. - Т. 78, № 9. - С. 1251-1264.
  3. Исаев Н. К., Стельмашук Е. В., Стельмашук Н. Н. и др. Старение головного мозга и митохондриально-адресованные антиоксиданты класса skq // Биохимия. - 2013. - Т. 78, № 3. - С. 391-397.
  4. Киричек Л. Т., Зубова Е. О. Молекулярные основы окислительного стресса и возможности его фармакологической регуляции // Междунар. мед. журнал. - 2004. - № 1. - C. 144-148.
  5. Крюкова Н. О., Новиков В. Е. Гастропротекторные свойства антигипоксантов. - Смоленск: Изд-во Смоленская гор. типография, 2013. - 112 с.
  6. Левченкова О. С., Новиков В. Е., Парфенов Э. А. Антигипоксическая активность новых производных кумарина // Вятский медицинский вестник. - 2004. - № 2-4. - С. 40-43.
  7. Левченкова О. С., Новиков В. Е., Пожилова Е. В. Фармакодинамика и клиническое применение антигипоксантов // Обз. по клин. фармакол. и лек. терапии. - 2012. - Т. 10, № 3. - С. 3-12.
  8. Лукьянова Л. Д. Современные проблемы адаптации к гипоксии. Сигнальные механизмы и их роль в системной регуляции // Пат. физиол. и эксперим. терапия. - 2011. - № 1. - С. 3-19.
  9. Маркова Е. О., Новиков В. Е., Парфенов Э. А., Пожилова Е. В. Комплексное соединение аскорбиновой кислоты с антигипоксантными и антиоксидантными свойствами // Вестник Смоленской гос. мед. академии. - 2013. - Т. 12, № 1. - С. 27-32.
  10. Миронова Г. Д. Использование модуляторов ионных каналов как возможный путь лечения сердечно-сосудистых заболеваний, окислительного стресса и нейродегенеративных нарушений // Патогенез. - 2011. - Т. 9, № 3. - С. 47.
  11. Новиков В. Е., Илюхин С. А., Пожилова Е. В. Влияние метапрота и гипоксена на развитие воспалительной реакции в эксперименте // Обз. по клин. фармакол. и лек. терапии. - 2012. - Т. 10, № 4. - С. 63-66.
  12. Новиков В. Е., Климкина Е. И. Гепатопротекторы. - Смоленск: Изд-во Смоленская гор. типография, 2006. - 120 с.
  13. Новиков В. Е., Крюкова Н. О., Новиков А. С. Гастропротекторные свойства мексидола и гипоксена // Эксперим. и клин. фармакология. - 2010. - Т. 73, № 5. - С. 15-18.
  14. Новиков В. Е., Левченкова О. С. Фармакология гипоксии. - Смоленск: СГМА, 2007. - 130 с.
  15. Новиков В. Е., Левченкова О. С. Гипоксией индуцированный фактор как мишень фармакологического воздействия // Обз. по клин. фармакол. и лек. терапии. - 2013. - Т. 11, № 2. - С. 8-16.
  16. Новиков В. Е., Левченкова О. С. Новые направления поиска лекарственных средств с антигипоксической активностью и мишени для их действия // Эксперим. и клин. фармакология. - 2013. - Т. 76, № 5. - С. 37-47.
  17. Новиков В. Е., Левченкова О. С. Ингибиторы регуляторного фактора адаптации к гипоксии // Вестник Смоленской гос. мед. академии. - 2014. - Т. 13, № 1. - С. 47-53.
  18. Новиков В. Е., Левченкова О. С., Пожилова Е. В. Роль митохондриального АТФ-зависимого калиевого канала и его модуляторов в адаптации клетки к гипоксии // Вестник Смоленской гос. мед. академии. - 2014. - Т. 13, № 2. - С.
  19. Новиков В. Е., Маркова Е. О., Дьяков М. Ю., Парфенов Э. А. Антигипоксическая активность комплексных соединений на основе аскорбиновой кислоты // Обз. по клин. фармакол. и лек. терапии. - 2011. - Т. 9, № 2. - С. 35-41.
  20. Новиков В. Е., Понамарева Н. С., Шабанов П. Д. Аминотиоловые антигипоксанты при травматическом отеке головного мозга. - Смоленск - СПб.: Элби-СПб, 2008. - 176 с.
  21. Пожилова Е. В., Левченкова О. С., Новиков В. Е. Регуляторная роль митохондриальной поры и возможности её фармакологической модуляции // Обз. по клин. фармакол. и лек. терапии. - 2014. - Т. 12, № 3. - С. 13-19.
  22. Пожилова Е. В., Новиков В. Е., Новикова А. В. Фармакодинамика и клиническое применение препаратов на основе гидроксипиридина // Вестник Смоленской гос. мед. академии. - 2013. - Т. 12, № 3. - С. 56-66.
  23. Сазонтова Т. Г., Архипенко Ю. В. Роль свободнорадикальных процессов в адаптации организма к изменению уровня кислорода // Проблемы гипоксии/Ред. Л. Лукьянова, И. Ушаков. - М.: Изд-во Истоки, 2004. - С. 112-138.
  24. Сазонтова Т. Г., Архипенко Ю. В. Роль свободнорадикальных процессов и редокс-сигнализации в адаптации организма к изменению уровня кислорода // Рос. физиол. журн. им. И. И. Сеченова. - 2005. - Т. 91, № 6. - С. 636-655.
  25. Силачев Д. Н. Изучение новых нейропротекторов на модели фокальной ишемии головного мозга: Автореф. дис… канд. биол. наук. - М., 2009. - 22 с.
  26. Скулачев В. П. Попытка биохимиков атаковать проблему старения: «мегапроект» по проникающим ионам. Первые итоги и перспективы // Биохимия. - 2007. - Т. 72, № 12. - С. 1700-1714.
  27. Судаков Н. П., Никифоров С. Б., Константинов Ю. М. и др. Механизмы участия митохондрий в развитии патологических процессов, сопровождающихся ишемией и реперфузией // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. - 2006. - Т. 51, № 5. - С. 332-336.
  28. Чекман И. С., Беленичев И. Ф., Горчакова Н. А. и др. Антиоксиданты: клинико-фармакологический аспект // Украинск. мед. часопис. - 2014. - № 1 (99) - I/ II. - С. 22-28.
  29. Шабанов П. Д., Зарубина И. В., Новиков В. Е., Цыган В. Н. Метаболические корректоры гипоксии. - СПб.: Информ-Навигатор, 2010. - 916 с.
  30. Яснецов В. В., Новиков В. Е. Фармакотерапия отека головного мозга. - М.: ВИНИТИ, 1994. - 176 с.
  31. Bouchier-Hayes L., Lartigue L., Newmeyer D. D. Mitochondria: pharmacological manipulation of cell death // Journal Clin. Invest. - 2005. - Vol. 115, N 10. - P. 2640-2647.
  32. Chen Q., Vazquez E. J., Moghaddas S. et al. Production of reactive oxygen species by mitochondria // J. Biol. Chem. - 2003. - Vol. 278, N 38. - P. 36027-36031.
  33. Fluery C., Mignotte B., Vayssiere J. L. Mitochondrial reactive oxygen species in cell death signaling // Biochimie. - 2002. - Vol. 84, N 2-3. - P. 131-141.
  34. Ghosh A., Greenberg M. E. // Calcium signaling in neurons, molecular mechanisms and cellular consequences // Science. - 1995. - Vol. 268 (5208). - P. 239-247.
  35. Kelso G. F., Porteous C. M., Coulter C. V. et al. Selective targeting of a redox-active ubiquinone to mitochondria within cells: antioxidant and antiapoptotic properties // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276, N 7. - P. 4588-4596.
  36. Korshunov S., Skulachev V., Starkov A. High protonic potential actuates a mechanism of production of reactive oxygen species in mitochondria // FEBS Lett. - 1997. - Vol. 416. - P. 15-18.
  37. Kuo M. T. Redox regulation of multidrug resistance in cancer chemotherapy: molecular mechanisms and therapeutic opportunities // Antioxid. Redox Signal. - 2009. - Vol. 11, N 1. - P. 99-133.
  38. Li C., Jakson R. M. Reactive species mechanisms of cellular hypoxia-reoxygenation injury // Amer. J. Physiol. Cell Physiol. - 2002. - Vol. 282. - P. 227-241.
  39. Lukyanova L. D., Sukoyan G. V., Kirova Y. I. Role of proinflammatory factors, nitric oxide, and some parameters of lipid metabolism in the development of immediate adaptation to hypoxia and HIF-1α accumulation // Bull. Exp. Biol. Med. - 2013. - Vol. 154, N 5. - P. 597-601.
  40. Maulic N., Goswami S., Galang N., Das D. Differential regulation of Bcl-2, AP-1 and NF-kappaB on cardiomyocyte apoptosis during myocardial ischemic stress adaptation // FEBS Lett. - 1999. - Vol. 443. - P. 331-336.
  41. Murphy M. P. Investigating mitochondrial radical production using targeted probes // Biochem. Soc. Trans. - 2004. - Vol. 32, N 6. - P. 1011-1014.
  42. Papa S., Skulachev V. P. Reactive oxygen species, mitochondria, apoptosis and aging // Mol. Cell. Biochemistry. - 1997. - Vol. 174. - P. 305-319.
  43. Ross M. F., Ross T. D., Blaikie F. H. et al. Accumulation of lipophilic dications by mitochondria and cells // Biochem. J. - 2006. - Vol. 400. - P. 199-208.
  44. Silachev D., Pevzner I., Zorova L., Plotnikov E. New generation of penetrating cations as potential agents to treat ischemic stroke // FEBS J. - 2012. - Vol. 279. - P. 364.
  45. Skulachev V. P. Mitochondria targeted antioxidants as promising drugs for treatment of age-related brain diseases // J. Alzheimers Dis. - 2012. - Vol. 28, N 2. - P. 283-289.
  46. Smith R. A., Kelso G. F., James A. M., Murphy M. P. Targeting coenzyme Q derivatives to mitochondria // Methods Enzymol. - 2004. - Vol. 382. - P. 45-67.
  47. Urso M. L., Clarkson P. M. Oxidative stress, exercise, and antioxidant supplementation // Toxicology. - 2003. - Vol. 189. - P. 41-54.
  48. Zhang D., Chen Y., Campbell W. et al. Characteristics and suproxide-induced activation of reconstituted myocardial mitochondrial ATP-sensitive potassium channel // Circ. Res. - 2001. - Vol. 89. - P. 1177-1173.
  49. Zorov D. B., Filburn C. R., Klotz L. O. et al. Reactive oxygen species (ROS)-induced ROS release, a new phenomenon accompanying induction of the mitochondrial permeability transition in cardiac myocites // J. Exp. Med. - 2000. - Vol. 192. - P. 1001-1014.

Copyright (c) 2014 Novikov V.E., Levchenkova O.S., Pozhilova Y.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


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».