Динитрозильные комплексы железа, S-нитрозотиолы и коэнзим Q как антиоксиданты в системах, моделирующих окислительный стресс

На правах рукописиГубкин Андрей АлександровичДинитрозильные комплексы железа,S-нитрозотиолы и коэнзим Q как антиоксидантыв системах, моделирующих окислительный стрессСпециальность 03.00.02 − биофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква − 2006Работа выполнена на кафедре биофизики физического факультета МГУим. М.В.Ломоносова и в НИИ экспериментальной кардиологии ФГУРКНПК Росздрава.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорРууге Энно КуставичНаучный консультант:кандидат химических наукШумаев Константин БорисовичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессорПетрусевич Юрий Михайловичдоктор биологических наукРеутов Валентин ПалладиевичВедущая организация:Институт химической физикиим. Н.Н.

Семенова РАНЗащита диссертации состоится 21 ноября 2006 г. в « » часов на заседаниидиссертационного совета К 501.001.08 при Московском государственномуниверситете им. М.В.Ломоносова по адрессу: 119992, ГСП-2, Москва,Ленинские горы, МГУ им. М.В.Ломоносова, Физический факультет,аудитория.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физическогофакультета МГУ им. М.В.Ломоносова.Автореферат разослан «» октября 2006 г.Ученый секретарьдиссертационного совета К 501.001.08кандидат физико-математических наукХомутов Г.Б.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследования.В настоящее время одной из актуальных задач в медицинскойбиофизике,физиологиикороткоживущихимедицинскойактивныххимиисоединений,являетсявыполняющихизучениефункциюрегуляторов на различных уровнях организации живых организмов.

К такиммолекулам, в первую очередь, относятся оксид азота (NO) и активные формыкислорода. В последние годы появляется все больше данных о новыхфизиологических функциях оксида азота и его метаболитов. Наряду ссигнальнойрольювзаимодействиеNO,оксидаважнойазотасобластьюактивнымиисследованийформамиявляетсякислорода.Возникающие в этих реакциях активные метаболиты азота – пероксинитрит,диоксид азота, NO2Cl и. др. являются важным компонентами иммунногоответа в организме человека и животных. С другой стороны, активныеформы кислорода и азота участвуют в развитии патологий, связанных сокислительным стрессом, в том числе атеросклероза, ишемической болезнисердца, нейродегенеративных заболеваний, катаракты, рака, диабета.

В тожевремя, процессы взаимодействия активных форм кислорода с такимипроизводнымиNOкакS-нитрозотиолы(RSNO)идинитрозильныекомплексы железа остаются мало изученным. Существенно, что сам оксидазота и S-нитрозотиолы в некоторых модельных системах проявляютантиоксидантные свойства. Предполагается, что одним из механизмовантиоксидантного действия NO является связывание свободных ионовжелеза в составе нитрозильных комплексов. При этом ингибируются реакциисвободно-радикальногоокисления,катализируемыередокс-активнымиионами железа. Перекисное окисление липидов ингибируется такжеблагодаря взаимодействию NO с алкилпероксильными и алкоксильнымирадикалами. Оксид азота может защищать другие биологические молекулыот окислительной модификации, нитрозилируя гем и восстанавливаяоксоферрилформы гемопротеидов.Во многих работах в качестве возможных белков-переносчиков NO вкровотоке рассматриваются гемоглобин и альбумин.

Цистеиновые остаткиэтих белков могут нитрозилироваться, в случае гемоглобина NO такжесвязываетсясжелезомгема.Показано,чтопривзаимодействиинизкомолекулярных ДНКЖ с гемоглобином и альбумином образуютсяассоциированные с этими белками динитрозильные комплексы железа. Они,так же как и низкомолекулярные ДНКЖ могут играть важную роль вусловиях окислительного стресса.Известно, что супероксид влияет на образование S-нитрозогемоглобинаи стимулирует высвобождение NO из S-нитрозоальбумина. Редокс-реакции сучастием гемоглобина играют важную роль в ходе окислительного стресса.Установлено, что гемоглобин может стимулировать перекисное окислениебелок-липидных комплексов. В ряде статей высказано предположение, чтодинитрозильные комплексы железа с белками могут участвовать в защитеклеток от цитотоксического действия активных форм кислорода.

Так какбелковыединитрозильныекомплексыответственнызамногиефизиологические функции NO в организме человека, большое значениеимеет изменение их концентрации под действием активных форм кислорода.Вусловияхокислительногострессапроисходитистощениебольшинства эндогенных антиоксидантов. В связи с этим, несомненно,актуальным является выяснение влияния производных оксида азота наконцентрациюважнейшеголипофильногоантиоксидантаубихинона(коэнзима Q). Высокая эффективность коэнзима Q связана с тем, что онможет регенерировать витамин Е (токоферол) и сам восстанавливаетсяферментами дыхательной цепи митохондрий или аскорбатом.

Однакоубихинон может также способствовать генерации супероксидного радикала.Следовательно, взаимодействие убихинона с производными оксида азотаможет иметь неоднозначный характер.Таким образом, реакции активных форм кислорода с содержащими ионнитрозония производными оксида азота (RSNO и динитрозильнымикомплексами железа) могут играть чрезвычайно важную роль как внормальных условиях существования живого организма, так и в ходепатологических процессов возникающих в результате окислительногостресса.

Исследование механизмов взаимодействия производных оксидаазота и активных форм кислорода особо актуально, так как они могутопределять баланс антиоксидантных и прооксидантных реакций в клетке, атакжевлиятьнауниверсальнымконцентрациюрегуляторомоксидамногихазота,которыйметаболическихявляетсяпутейифизиологических эффектов.Цель и задачи исследования.Цельюработыявлялосьизучениефизиологическихроливзаимодействия активных форм кислорода с производными оксида азота,содержащими ион нитрозония, и влияния на эти процессы коэнзима Q(убихинона).Исходя из поставленной в диссертационной работе цели, решалисьследующие задачи:1.Изучитьвзаимодействиенизкомолекулярныхдинитрозильныхкомплексов с активными формами кислорода и органическимигидропероксидами.2.Исследовать особенности реакций ассоциированных с гемоглобиноми альбумином динитрозильных комплексов с активными формамикислорода и пероксинитритом.3.В системах, моделирующих окислительный стресс, исследоватьвлияние динитрозильных комплексов железа и S-нитрозоглутатионана характеристики индуцированного железосодержащими белкамиперекисного окисления препаратов миокарда.4.ИзучитьдействиеS-нитрозоглутатионанаокислительнуюдеструкцию липофильных антиоксидантов: коэнзима Q и β-каротина,а также взаимодействие в этих условиях коэнзима Q и Sнитрозоглутатиона.Научная новизна диссертации.1.Методом спектроскопии ЭПР изучены процессы взаимодействиянизкомолекулярных и белковых динитрозильных комплексов сактивными формами кислорода.2.Впервыеустановлено,чторазличиякинетикдеструкцийассоциированных с альбумином и гемоглобином динитрозильныхкомплексов под действием пероксида водорода, гидропероксидатрет-бутила и пероксинитрита обусловлены гемовой группой.3.При изучении взаимодействия различных типов динитрозильныхкомплексов с пероксидом водорода впервые показано, что входящеев состав этих комплексов железо не участвует в реакции Фентона.4.Продемонстрировано антиоксидантное действие динитрозильныхкомплексов и S-нитрозоглутатиона при перекисном окислениимитохондрий кардиомиоцитов, индуцированное миоглобином иферритином в сочетании с гидропероксидом трет-бутила.5.Впервые обнаружено защитное действие S-нитрозогутатиона вотношении убихинонов миокарда крысы в условиях моделирующихокислительный стресс.6.Показано, что S-нитрозоглутатион и динитрозильные комплексыжелеза ингибируют окислительную деструкцию липофильногоантиоксиданта β-каротина под действием свободных радикаловтрет-бутила.Научно-практическая значимость исследования.Представленные в диссертации экспериментальные данные проясняютмеханизмы взаимодействия динитрозильных комплексов железа с активнымиформами кислорода и могут быть использованы для лучшего пониманияроли оксида азота и его производных в биологических системах.

Процессы,изученные в данной работе, имеют большое значение для пониманиямеханизмов действия фармакологических доноров оксида азота.Апробация результатов исследования и публикации.По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатныхработ, в том числе 3 статьи в научных журналах.Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались наXI и XII международных конференциях студентов, аспирантов и молодыхученых по фундаментальным наукам “Ломоносов-2004” и “Ломоносов-2005”,“Евразийский конгресс по медицинской физике и инженерии.” (Москва,2005),IVмеждународнаянаучно-практическаяконференциясмеждународным участием “Активные формы кислорода, оксид азотаантиоксиданты и здоровье человека” (Смоленск.

2005), III съезде биофизиковРоссии (Воронеж 2004), XIV международной конференции и дискуссионномнаучном клубе “Новые информационные технологии в медицине, биологии,фармокологии и экологии” (Ялта-Гурзуф, 2006).Структура и объем диссертационной работы.Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (глава1), методической части (глава 2), описания собственных результатов и ихобсуждения (главы 3 – 7), заключения, выводов и списка цитируемойлитературы.

Объем работы составляет 111 страниц, включая 28 рисунков играфиков, 2 таблици и список литературы из 148 наименований.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дана общая характеристика диссертационной работы,обоснованаактуальностьтемы,сформулированныцелиизадачиисследования, кратко изложены научная новизна и практическая ценностьполученных результатов.Первая глава содержит литературный обзор, посвященный активнымформам кислорода, оксиду азота и его производным.