Hypoxia-Like Effect of L-Arginine in Seminal Vesicle and Epididymis of Rats

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

INTRODUCTION: The effect of L-arginine on metabolic processes is mediated by nitric oxide (II), whose pool is regulated by several enzymes. In the literature, the mutual influence of oxygen deficit and NO production is described. Besides, both processes can be regulated by exogenous L-arginine.

AIM: To evaluate participation of L-arginine in the development of adaptive response to chronic normobaric hypoxia of tissues of reproductive system of male rats and to study its influence on metabolic changes in normoxia.

MATERIALS AND METHODS: The experiment was conducted on Wistar stock rats (males, n = 8) which were divided to the following groups: (1) animals receiving L-arginine injections of 500 mg/kg of body weight for 10 days; (2) animals of control group receiving 0.9% NaCl solution; (3) animals subjected to chronic normobaric hypoxia in a hermetic chamber, observed once a day for 14 days until the oxygen concentration in the air decreased by 10%; (4) animals of the control group observed in a ventilated chamber; (5) animals subjected to hypoxia and injections of L-arginine. The material for analysis was the mitochondria and mitochondria-free fraction of the cytoplasm of the seminal vesicles, of the head and tail of the epididymis. The parameters were evaluated photometrically using diagnostic and enzyme immunoassay kits.

RESULTS: The animals receiving L-arginine showed increase in the amount of α-subunit of hypoxia-induced factor in the cytoplasm of seminal vesicles by 132% (p = 0.01), in the tail of epididymis by 32% (p = 0.02) and reduction in mitochondria by 45% (p = 0.01) and 60% (p = 0,002), respectively, a decrease in succinate levels by 40% (p = 0.005) and 51% (p = 0.0009), an increase in the concentration of lactic acid in the cytoplasm by 194% (p = 0.03) and 253% (p = 0.018), a decrease in cytochrome oxidase activity from 0.96 [0.66; 1.69] RU/mg of protein to 0.27 [0.23; 0.32] (p = 0.0009) and from 1.04 [0.84; 1.33] to 0.26 [0.14; 0.37] (p = 0.003), relative to the control group. The observed changes are characteristic of the state of hypoxia and are explained by the cell switching over to glycolytic pathway of energy production, in contrast to mitochondrial pathway in normoxia. The combined effect of hypoxia and arginine partially enhanced each other's effects.

CONCLUSION: L-arginine causes hypoxia-like state in cells through activating α-subunit by hypoxia-induced factor, reducing cytochrome oxidase activity, increasing glycolysis, and also partially enhances the effects of chronic normobaric hypoxia.

About the authors

Yuliya A. Marsyanova

Ryazan State Medical University

Author for correspondence.
Email: yuliyamarsyanova@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0003-4948-4504
SPIN-code: 4075-3169
Russian Federation, Ryazan

Valentina I. Zvyagina

Ryazan State Medical University

Email: vizvyagina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2800-5789
SPIN-code: 7553-8641

Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor

Russian Federation, Ryazan

References

  1. Kuo MT, Savaraj N, Feun LG. Targeted cellular metabolism for cancer chemotherapy with recombinant arginine-degrading enzymes. Oncotarget. 2010;1(4):246–51. doi: 10.18632/oncotarget.135
  2. Shin W, Cuong TD, Lee JH, et al. Arginase Inhibition by Ethylacetate Extract of Caesalpinia sappan Lignum Contributes to Activation of Endothelial Nitric Oxide Synthase. Korean J Physiol Pharmacol. 2011;15(3):123–8. doi: 10.4196/kjpp.2011.15.3.123
  3. Berkowitz DE, White R, Li D, et al. Arginase reciprocally regulates nitric oxide synthase activity and contributes to endothelial dysfunction in aging blood vessels. Circulation. 2003;108(16):2000–6. doi: 10.1161/01.CIR.0000092948.04444.C7
  4. Kim JH, Bugaj LJ, Oh YJ, et al. Arginase inhibition restores NOS coupling and reverses endothelial dysfunction and vascular stiffness in old rats. J Appl Physiol. 2009;107(4):1249–57. doi: 10.1152/japplphysiol.91393.2008
  5. Liu P–Q, Lu W, Pan J–Y. Molecular mechanism of nitric oxide in preventing cardiomyocytes from hypertrophic response induced by angiotensin II. Sheng Li Xue Bao. 2002;54(3):213–8. (In Chin.).
  6. Agawa H, Ikuta K, Minamiyama Y, et al. Down-regulation of spontaneous Epstein-Barr virus reactivation in the P3HR-1 cell line by L-arginine. Virology. 2002;304(1):114–24. doi: 10.1006/viro.2002.1709
  7. Prieto CP, Krause BJ, Quezada C, San Martin R, Sobrevia L, Casanello P. Hypoxia-reduced nitric oxide synthase activity is partially explained by higher arginase-2 activity and cellular redistribution in human umbilical vein endothelium. Placenta. 2011;32(12):932–40. doi: 10.1016/j.placenta.2011.09.003
  8. Ito K, Chen J, Seshan SV, et al. Dietary arginine supplementation attenuates renal damage after relief of unilateral ureteral obstruction in rats. Kidney Int. 2005;68(2):515–28. doi: 10.1111/j.1523-1755.2005.00429.x
  9. Gudyrev OS, Faitelson AV, Sobolev MS, et al. A study of osteoprotective effect of L-arginine, L-norvaline and rosuvastatin on a model of hypoestrogen-induced osteoporosis in rats. I. P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2019;27(3):325–32. (In Russ). doi: 10.23888/PAVLOVJ2019273325-332
  10. Uryas'yev OM, Shakhanov AV, Kanatbekova ZhK. Nitric oxide and regulators of its synthesis in chronic obstructive pulmonary disease. I. P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2021;29(3):427–34. (In Russ). doi: 10.17816/PAVLOVJ62681
  11. Bednov A, Espinoza J, Betancourt A, et al. L-arginine prevents hypoxia-induced vasoconstriction in dual-perfused human placental cotyledons. Placenta. 2015;36(11):1254–9. doi: 10.1016/j.placenta.2015.08.012
  12. Kim NN, Christianson DW, Traish AM. Role of arginase in the male and female sexual arousal response. J Nutr. 2004;134(10 Suppl): 2873S–9S; discussion 2895S. doi: 10.1093/jn/134.10.2873S
  13. Kalinin RE, Suchkov IA, Mzhavanadze ND, et al. Nitric oxide metabolites in complications after open reconstructive procedures in patients with peripheral atherosclerosis. Nauka Molodykh (Eruditio Juvenium). 2021;9(3):407–14. (In Russ). doi: 10.23888/HMJ202193407-414
  14. Todoroki S, Goto S, Urata Y, et al. High concentration of L-arginine suppresses nitric oxide synthase activity and produces reactive oxygen species in NB9 human neuroblastoma cells. Mol Med. 1998;4(8):515–24.
  15. Huang Z, Huang PL, Panahian N, et al. Effects of cerebral ischemia in mice deficient in neuronal nitric oxide synthase. Science. 1994;265(5180):1883–5. doi: 10.1126/science.7522345
  16. Moro MA, Cardenas A, Hurtado O, et al. Role of nitric oxide after brain ischaemia. Cell Calcium. 2004;36(3–4):265–75. doi: 10.1016/j.ceca.2004.02.011
  17. Li F, Sonveaux P, Rabbani ZN, et al. Regulation of HIF-1alpha stability through S-nitrosylation. Mol Cell. 2007;26(1):63–74. doi: 10.1016/j.molcel.2007.02.024
  18. Fong G–H, Takeda K. Role and regulation of prolyl hydroxy-lase domain proteins. Cell Death Differ. 2008;15(4):635–641. doi: 10.1038/cdd.2008.10
  19. Selak MA, Armour SM, MacKenzie ED, et al. Succinate links TCA cycle dysfunction to oncogenesis by inhibiting HIF-alpha prolyl hydroxylase. Cancer Cell. 2005;7(1):77–85. doi: 10.1016/j.ccr.2004.11.022
  20. Iommarini L, Porcelli AM, Gasparre G, et al. Non-Canonical Mechanisms Regulating Hypoxia-Inducible Factor 1 Alpha in Cancer. Front Oncol. 2017;7:286. doi: 10.3389/fonc.2017.00286
  21. Banerjee R, Kumar R. Gas regulation of complex II reversal via electron shunting to fumarate in the mammalian ETC. Trends Biochem Sci. 2022;47(8):689–98. doi: 10.1016/j.tibs.2022.03.011
  22. Pahima H, Reina S, Tadmor N, et al. Hypoxic-induced truncation of voltage-dependent anion channel 1 is mediated by both asparagine endopeptidase and calpain 1 activities. Oncotarget. 2018;9(16):12825–41. doi: 10.18632/oncotarget.24377
  23. Al Khayal AM, Balaraj FK, Alferayan TA, et al. Empirical therapy for male factor infertility: Survey of the current practice. Urol Ann. 2021;13(4):346–50. doi: 10.4103/UA.UA_22_20
  24. Palladino MA, Powell JD, Korah N, et al. Expression and Localization of Hypoxia-Inducible Factor-1 Subunits in the Adult Rat Epididymis. Biol Reprod. 2004;70(4):1121–30. doi: 10.1095/biolreprod.103.023085
  25. Marsyanova YuA, Zvyagina VI, Suchkova ON. Method of Modeling of Normobaric Chronic Hypoxia in Male Rats of WISTAR Line. Nauka Molodykh (Eruditio Juvenium). 2022;10(2):147–56. (In Russ). doi: 10.23888/HMJ2022102147-156
  26. Marsyanova YA, Zvyagina VI. Influence of succinate on some indicators of bioenergy metabolism in seminal vesicles and epididymis in male rats under conditions of chronic hypoxia. Problems of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry. 2021;24(2):49–54. (In Russ). doi: 10.29296/25877313-2021-02-08
  27. Marsyanova YA, Zvyagina VI. Change in the amount of HIF1α in chronic normobaric hypoxia and in the background of receiving succinate. Izvestiya GGTU. Meditsina, Farmatsiya. 2021;(4):72–80. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Eco-Vector


 


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».