Мембранний потенціал мітохондрій за дії сураміну
DOI:
https://doi.org/10.29038/2617-4723-2018-377-100-107Ключові слова:
RyRs, mRyRs, сурамін, Δψ, субстрати окисненняАнотація
Відомо, що сурамін є агоністом ріанодинчутливих Са2+-каналів ендоплазматичного ретикулуму (RyRs). Ми припустили, що він може бути агоністом і мітохондріальних ріанодинчутливих Са2+-каналів (mRyRs). Для перевірки цього припущення досліджено зміни мембранного потенціалу мітохондрій гепатоцитів під впливом сураміну. Сурамін у концентрації 1 мкмоль/л додавали до середовища інкубації, після цього вносили суспензію ізольованих мітохондрій та реєстрували їхній мембранний потенціал. Вимірювання мембранного потенціалу мітохондрій здійснювали з використанням метилтрифенілфосфоніум броміду (ТРМР+) і чутливого до нього електрода. Для ініціації дихання вносили субстрати окиснення сукцинат, піруват або α-кетоглутарат у концентраціях 5 ммоль/л, а для стимуляції окисного фосфорилювання – 320 нмоль АДФ. Установлено, що ефект сураміну на мембранний потенціал мітохондрій залежить від наявності в середовищі інкубації субстратів окиснення та фосфорилювання. За окиснення екзогенного сукцинату під впливом сураміну мембранний потенціал мітохондрій у стані S4 за Чансом і Вільямсом (1955) зменшився на 5,88 % відносно контролю, що, можливо, спричинено використанням енергії мембранного потенціалу мітохондрій на транспортування іонів Са2+ у матрикс мітохондрій. За окиснення α-кетоглутарату сурамін спричиняв збільшення мембранного потенціалу мітохондрій у стані S4 на 15,2 %, а за окиснення пірувату – на 39,1 %, порівняно з контролем. Збільшення мембранного потенціалу мітохондрій у стані S4 під впливом сураміну за окиснення α-кетоглутарату й пірувату пов’язане, мабуть, з активацією α-кетоглутаратдегідрогеназного чи піруватдегідрогеназного комплексів, які, на відміну від сукцинатдегідрогенази, є Са2+-залежними ферментами. Отже, сурамін у концентрації 1 мкмоль/л, активуючи мітохондріальні ріанодинчутливі Са2+-каналів гепатоцитів щура, спричиняє збільшення надходження Са2+ у матрикс мітохондрій, активацію Са2+-залежних дегідрогеназ і збільшення мембранного потенціалу мітохондрій.
Посилання
2. Stein, C. A.; Larocca, It. V.; Thomas, R.; Mcame, N.; Myzas, C. E. Suramin: An anticancer drug with a unique mechanism of action. J. Clin. Oncol. 1989, 7 (4), pp 499–508. https://doi.org/10.1200/jco.1989.7.4.499
3. Beindl, W.; Mitterauer, T.; Hohenegger, M.; Ijzerman, A. P.; Nanoff, C.; Freissmuth, M. Inhibition of receptor G-protein coupling by suramin analogues. Molecular Pharmacology. 1996, 50 (2), pp 415–423.
4. Burnstock, G. Purinergic signalling in the urinary tract in health and disease. Purinergic Signal. 2014, 10 (1), pp 103–155. https://doi.org/10.1007/s11302-013-9395-y
5. Hohenegger, M.; Mathyash, M.; Poussu, K.; Herrmann-Frank, A.; Sarközi, S.; Lehmann-Horn, F.; Freissmuth, M. Activation of the skeletal muscle ryanodine receptor by suramin and suramin analogs. Mol. Pharmacol. 1996, 50 (6), pp 1443–1453.
6. Dunn, P. M.; Blakeley, A. G. Suramin: A reversible P2-purinoceptor antagonist in the mouse vas deferens. Br. J. Pharmacol. 1988, 93 (2), pp 243–245. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.1988.tb11427.x
7. El-Ajouz, S.; Ray, D.; Allsopp, R. C.; Evans, R. J. Molecular basis of selective antagonism of the P2X1 receptor for ATP by NF449 and suramin: contribution of basic amino acids in the cysteine-rich loop. Br J Pharmacol. 2012, 165 (2), pp 390–400. https://doi.org/10.1111/j.1476-5381.2011.01534.x
8. Layton, D.; Azzi, A. Suramin: a potent inhibitor of the calcium transport in sarcoplasmic reticulum. Biochem Biophys Res Commun. 1974, 59 (1), pp 322–325. https://doi.org/10.1016/s0006-291x(74)80209-3
9. Seewald, M. J.; Olsen, R. A.; Powis, G. Suramin blocks intracellular Ca2+ release and growth factor-induced increases in cytoplasmic free Ca2+ concentration. Cancer Lett. 1989, 49 (2), pp 107–113. https://doi.org/10.1016/0304-3835(90)90145-n
10. Voogd, T. E.; Vansterkenburg, E. L.;Wilting, J.; Janssen, L. H. Recent research on the biological activity of suramin. Pharmacol. Rev. 1993, 45(2), pp 177–203.
11. Sitsapesan, R.; Williams, A. J. Modification of the conductance and gating properties of ryanodine receptors by suramin. J Mernbr Biol. 1996, 153 (2), pp 93–103. https://doi.org/10.1007/s002329900113
12. Fill, M.; Copello, J. A. Ryanodine receptor calcium release channels. Physiol Rev. 2002, 82 (4), pp 893–922. https://doi.org/10.1152/physrev.00013.2002
13. Pierebon, N.; Renard-Rooney, D.; Gaspers, L. Ryanodine receptors in liver. J. Biol. Chem. 2006, 45, pp 34086–34095. https://doi.org/10.1074/jbc.m607788200
14. Kupynyak, N. I.; Ikkert, O. V.; Shlykov, S. G.; Babich, L. G.; Manko, V.V. Mitochondrial ryanodine-sensitive Ca2+ channels of rat liver. Cell Biochemistry and Function. 2017, 35 (1), pp 42–49. https://doi.org/10.1002/cbf.3243
15. Kupynyak, N. I., Ikkert, O. V., Manʹko, V.V. Rolʹ rianodynchutlyvykh Ca2+-kanaliv u rehulyatsiyi dykhannya mitokhondriy pechinky shchuriv [The role of ryanodine-sensitive Ca2+ channels in regulation respiration mitochondria of the liver of rats]. Visnyk Lʹvivsʹkoho universytetu. Seriya biolohichna. 2017. Vypusk 76. S. 193–205 (in Ukrainian). https://doi.org/10.30970/vlubs.2017.76.24
16. Jonson, D.; Lardy, H. Methods in Еnzymology. New York. 1967, 10, pp 94–102.
17. Lowry, O.; Rosebroughh, N.; Farr, A. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem. 1951, 193 (1), pp 265–275.
18. Brand, M. D.; Brown, G. C.; Cooper, C. E. Bioenergetics: a practical approach; Oxford. IRL Press, 1995: pp 39–62.
19. Nadtochiy, S. M.; Tompkins, A.; Brookes, P. S. Different mechanisms of mitochondriаl proton leak in ischemia/reperfusion injury and precondition: implications for pathology and cardioprotection. Biochem. J. 2006, 395 (3), pр. 611–618. https://doi.org/10.1042/bj20051927
20. Chance, B.; Williams, G. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. The steady state. J. Biol. Chem. 1955, 217, pр. 409–427.
21. Panov, A. V.; Scaduto, R. C. Influence of calcium on NADH and succinate oxidation by rat heart submitochondrial particles. Archives of Biochemistry and Biophysics. 1995, 316 (2), pр. 815–820. https://doi.org/10.1006/abbi.1995.1109
22. Rutter, J.; Winge, D. R.; Schiffman, J. D. Succinate Dehydrogenase – Assembly, Regulation and Role in Human Disease Mitochondrion. 2010, 10(4) pр. 393–401. https://doi.org/10.1016/j.mito.2010.03.001
23. Denton, R. M. Regulation of mitochondrial dehydrogenases by calcium ions. Biochim Biophys Acta. 2009, 1787 (11), 1309–1316. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2009.01.005
24. Bookelman, H. J.; Trijbels, M. F.; Sengers, R. C.; Janssen, A.J.; Veerkamp, J. H.; Stadholjders, T A. Pyruvate oxidation in rat and human skeletal muscle mitochondria. Biochemical Medicine. 1978, 20 (3), pр. 395–403. https://doi.org/10.1016/0006-2944(78)90089-3
25. Labajova, A.; Vojtiskova, A.; Krivakova, P.; Kofranek, J.; Drahota, Z.; Houstek, J. Evaluation of mitochondrial membrane potential using a computerized device with a tetraphenylphosphonium-selective electrode. Anal Biochem. 2006, 353 (1), pр. 37–42. https://doi.org/10.1016/j.ab.2006.03.032
26. Denton, R. M.; Mccormack, J. G.; Rut-I-Er, G. A.; Burnett, P.; Edgell, N. J.; Moule, S. K.; Diggle, T. A. The hormonal regulation of pyruvate dehydrogenase complex. Adv Enzyme Regul. 1996, 36, pр. 183–198. https://doi.org/10.1016/0065-2571(95)00020-8
27. Rutter, G. A.; Denton R. M. The binding of Ca2+ ions to pig-heart NAD+-isocitrate dehydrogenase and the 2-oxoglutarate dehydrogenase complex. Biochem. J., 1989, 263 (2), pр. 453–462. https://doi.org/10.1042/bj2630453
28. Qi, F.; Pradhan, R. K.; Dash, R. K.; Beard, D. A. Detailed kinetics and regulation of mammalian 2-oxoglutarate dehydrogenase. BMC Biochem. 2011, 26, pр. 12–53. https://doi.org/10.1186/1471-2091-12-53
29. Wan, B.; Lanoue, K. F.; Cheung, J. Y.; Scaduto, R. C. Regulation of citric-acid cycle by calcium. J. Biol. Chem. 1989, 264 (23), pр. 13430–13439.
30. Siess, E. A.; Wieland, O. H. Regulation of pyruvate dehydrogenase interconversion in isolated hepatocytes by the mitochondrial ATP/ADР. ratio. FEBS Lett. 1975, 52 (2), pр. 226–30. https://doi.org/10.1016/0014-5793(75)80811-8
31. Taylor, S. I.; Mukherjee, C.; Jungas, R. L. Regulation of pyruvate dehydrogenase in isolated rat liver mitochondria. Effects of octanoate, oxidation-reduction state, and adenosine triphosphate to adenosine diphosphate ratio. J Biol Chem. 1975, 250 (6), pр. 2028–2035.
32. Roche, T. E.; Baker, J. C.; Yan, X.; Hiromasa, Y.; Gong, X.; Peng, T.; Dong, J.; Turkan, A.; Kasten, S. A. Distinct regulatory properties of pyruvate dehydrogenase kinase and phosphatase isoforms. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol. 2001, 70, pр. 33–75. https://doi.org/10.1016/s0079-6603(01)70013-x
