Інтенсивність стресу ендоплазматичного ретикулуму, аутофагії та апоптозу у корі головного мозку щурів з хронічним вживанням етанолу під впливом комплексної сполуки германію з нікотиновою кислотою

Автор(и)

  • Ірина Володимирівна Ніженковська Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, Україна https://orcid.org/0000-0001-5065-3147
  • Олена Володимирівна Кузнецова Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, Україна https://orcid.org/0000-0002-5229-0287
  • Віолетта Петрівна Нароха Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, Україна https://orcid.org/0000-0001-7676-0223

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-4852.2023.295491

Ключові слова:

апоптоз, аутофагія, chronic alcohol consumption, coordination compound of germanium

Анотація

Мета дослідження－визначити рівень BAX, сaspasе-3, GRP78, IRE1 та Beclin-1 у корі головного мозку щурів з хронічним вживанням етанолу та за умов впливу комплексу германію з нікотиновою кислотою (МІГУ-1).

Матеріали і методи. Самки щурів мали вільний доступ до 20% C2H5OH як єдине джерело рідини впродовж 110 діб. Починаючи з 90 доби тваринам вводили МІГУ-1 (10 мг/кг/доба, в/о). Рівень експресії BAX, сaspasе-3, GRP78, IRE1 та Beclin-1 у тканині визначали методом Вестерн-блот аналізу.

Результати. У щурів з хронічним вживанням етанолу рівень ВАХ-димеру виріс у 2,06 рази (p˂0.001). Введення МІГУ-1 спричинило зниження рівня ВAX-димеру у 1,42 рази (p˂0.05). У щурів з хронічним вживанням етанолу рівень сaspasе-3 виріс у 2,12 рази (p˂0.05), cleaved сaspase-3－у 6,37 рази (p˂0.05). При введенні МІГУ-1 рівень сaspasе-3 зменьшився у 1,73 рази (p˂0.05). За умов введення МІГУ-1 білкові смуги cleaved сaspase-3 були знижені до невизначеного рівня. У щурів з хронічним вживанням етанолу рівень GRP78 збільшився у 1,72 рази (p˂0.05). Після ведення МІГУ-1 зміни рівня GRP78 не зафіксовано. Довготривале вживання етанолу спричинило підвищення рівнів IRE1 у 1,74 рази (p˂0.05) та р-IRE1 2,7 рази (p˂0.001). У присутності МІГУ-1 рівні IRE1 та р-IRE1 не зазнали змін. За умов хронічного вживання етанолу спостерігалося зростання рівнів Beclin-1 у 2,33 рази (p˂0,001) та р-Beclin-1 у 4,69 рази (p˂0.001). Введення МІГУ-1 не вплинуло на рівень Beclin-1, тоді як рівень р-Beclin-1 зменшився у 3,09 рази (p˂0.001).

Висновки. Довготривале вживання етанолу запускає метаболічні зміни у корі головного мозку, наслідком яких є ЕР-стрес, активація UPR, аутофагії та апоптозу. Введення МІГУ-1 полегшує ЕР-стрес шляхом селективного пригнічення специфічних гілок апоптозу через вплив на рівень Beclin-1, що свідчить про вплив МІГУ-1 на виживаність нейронів за умов хронічного вживання етанолу

Біографії авторів

Ірина Володимирівна Ніженковська, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця

Доктор медичних наук, професор

Кафедра хімії ліків та лікарської токсикології

 

Олена Володимирівна Кузнецова, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця

Кандидат біологічних наук, доцент

Кафедра хімії ліків та лікарської токсикології

Віолетта Петрівна Нароха, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця

Кандидат фармацевтичний наук, доцент

Кафедра хімії ліків та лікарської токсикології

Посилання

  1. Nutt, D., Hayes, A., Fonville, L., Zafar, R., Palmer, E. O. C., Paterson, L., Lingford-Hughes, A. (2021). Alcohol and the Brain. Nutrients, 13 (11), 3938. doi: https://doi.org/10.3390/nu13113938
  2. Galandra, C., Basso, G., Cappa, S., Canessa, N. (2017). The alcoholic brain: neural bases of impaired reward-based decision-making in alcohol use disorders. Neurological Sciences, 39 (3), 423–435. doi: https://doi.org/10.1007/s10072-017-3205-1
  3. Waddell, J., McKenna, C. M., Tibor, K. (2023). Brain ethanol metabolism and mitochondria. Current Topics in Biochemical Research, 23, 1–13
  4. Cannady, R., Rinker, J. A., Nimitvilai, S., Woodward, J. J., Mulholland, P. J. (2018). Chronic Alcohol, Intrinsic Excitability, and Potassium Channels: Neuroadaptations and Drinking Behavior. Handbook of Experimental Pharmacology, 311–343. doi: https://doi.org/10.1007/164_2017_90
  5. Hoyt, L. R., Randall, M. J., Ather, J. L., DePuccio, D. P., Landry, C. C., Qian, X. et al. (2017). Mitochondrial ROS induced by chronic ethanol exposure promote hyper-activation of the NLRP3 inflammasome. Redox Biology, 12, 883–896. doi: https://doi.org/10.1016/j.redox.2017.04.020
  6. Xu, H., Liu, D., Chen, J., Li, H., Xu, M., Wen, W. et al. (2019). Effects of Chronic Voluntary Alcohol Drinking on Thiamine Concentrations, Endoplasmic Reticulum Stress, and Oxidative Stress in the Brain of Crossed High Alcohol Preferring Mice. Neurotoxicity Research, 36 (4), 777–787. doi: https://doi.org/10.1007/s12640-019-00032-y
  7. Senft, D., Ronai, Z. A. (2015). UPR, autophagy, and mitochondria crosstalk underlies the ER stress response. Trends in Biochemical Sciences, 40 (3), 141–148. doi: https://doi.org/10.1016/j.tibs.2015.01.002
  8. Hetz, C., Zhang, K., Kaufman, R. J. (2020). Mechanisms, regulation and functions of the unfolded protein response. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 21 (8), 421–438. doi: https://doi.org/10.1038/s41580-020-0250-z
  9. Shemonaieva, F. K., Kresiun, Y. V., Seifullina, I. Y. (2019). Comparative parameters of pharmacokinetics scheme distribution of coordination germanium compounds. Odeskyi medychnyi zhurnal, 4/5 (174/175), 10–14.
  10. Bukhtiarova, T. A., Bobkova, L. S., Lukianchuk, V. D., Seifullina, I. Y., Martsynk, O. E. (2019). Pharmacokinetic analysis of the distribution of a potential cerebroprotector «Cerebrogerm» from the central chamber to the peripheral on the model of craniocerebral trauma in rats. Farmakolohiia ta likarska toksykolohiia, 13 (3), 175–186.
  11. Nizhenkovska, I. V., Narokha, V. P., Kuznetsova, O. V., Briuzghina, T. S., Seifullina, I. Y., Martsynko, O. E., Chebanenko, O. A. (2015). Effects of nicotinic acid and complex of germanium with nicotinic acid (MIGU-1) on lipid fatty acid composition of cardiomyocytes and hepatocytes in rats with experimental chronic heart failure. Farmakolohiia ta likarska toksykolohiia, 1, 68–75.
  12. Narokha, V. P. (2016). The effect of the germanium complex with nicotinic acid on oxidative modification of cardiac and hepatic proteins in the experimental chronic intoxication with doxorubicin in rats. Klinicna Farmacia, 20 (4), 35–38. doi: https://doi.org/10.24959/cphj.16.1381
  13. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes: EUR-Lex (2010). EU. Available at: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A02010L0063-20190626
  14. Cunningham, C. L., Pina, M. M. (2015). Alcohol Preference Tests. Stolerman Price. Encyclopedia of Psychopharmacology. Berlin, Heidelberg: Springer, 79–83. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-36172-2_32
  15. Narokha, V. (2016). The effect of different doses of coordination compounds of germanium with nicotinic acid on lipid peroxidation and comparative influence of coordination compounds of germanium with different bioligands on fatty acid spectrum of lipids of cardiomyocytes in. Ukrainian Scientific Medical Youth Journal, 2 (95), 86–91.
  16. Pillai-Kastoori, L., Schutz-Geschwender, A. R., Harford, J. A. (2020). A systematic approach to quantitative Western blot analysis. Analytical Biochemistry, 593, 113608. doi: https://doi.org/10.1016/j.ab.2020.113608
  17. Laemmli, U. K. (1970). Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4. Nature, 227 (5259), 680–685. doi: https://doi.org/10.1038/227680a0
  18. Obeng, E. (2021). Apoptosis (programmed cell death) and its signals – A review. Brazilian Journal of Biology, 81 (4), 1133–1143. doi: https://doi.org/10.1590/1519-6984.228437
  19. Ibrahim, I. M., Abdelmalek, D. H., Elfiky, A. A. (2019). GRP78: A cell’s response to stress. Life Sciences, 226, 156–163. doi: https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.04.022
  20. Lee, K.-W., Hong, H.-R., Lim, J.-S., Ko, K.-P., Lee, M.-G., Chi, S.-G. (2022). XAF1 drives apoptotic switch of endoplasmic reticulum stress response through destabilization of GRP78 and CHIP. Cell Death & Disease, 13 (7). doi: https://doi.org/10.1038/s41419-022-05112-0
  21. Adams, C. J., Kopp, M. C., Larburu, N., Nowak, P. R., Ali, M. M. U. (2019). Structure and Molecular Mechanism of ER Stress Signaling by the Unfolded Protein Response Signal Activator IRE1. Frontiers in Molecular Biosciences, 6. doi: https://doi.org/10.3389/fmolb.2019.00011
  22. Siwecka, N., Rozpędek-Kamińska, W., Wawrzynkiewicz, A., Pytel, D., Diehl, J. A., Majsterek, I. (2021). The Structure, Activation and Signaling of IRE1 and Its Role in Determining Cell Fate. Biomedicines, 9 (2), 156. doi: https://doi.org/10.3390/biomedicines9020156
  23. Read, A., Schröder, M. (2021). The Unfolded Protein Response: An Overview. Biology, 10 (5), 384. doi: https://doi.org/10.3390/biology10050384
  24. Fleming, A., Bourdenx, M., Fujimaki, M., Karabiyik, C., Krause, G. J., Lopez, A. et al. (2022). The different autophagy degradation pathways and neurodegeneration. Neuron, 110 (6), 935–966. doi: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.01.017
  25. Li, C., Li, J., Xu, G., Sun, H. (2020). Influence of Chronic Ethanol Consumption on Apoptosis and Autophagy Following Transient Focal Cerebral Ischemia in Male Mice. Scientific Reports, 10 (1). doi: https://doi.org/10.1038/s41598-020-63213-2
  26. Nizhenkovska, I., Kuznetsova, O., Narokha, V. (2023). Scientific practice: modern and classical research methods. Effect of coordination compound of germanium with nicotinic acid on the expression of markers of nervous tissue damage in rats under conditions of chronic ethanol consumption. Boston: Collection of scientific papers «ΛΌГOΣ», 366–368.
  27. Kwon, H. S., Koh, S.-H. (2020). Neuroinflammation in neurodegenerative disorders: the roles of microglia and astrocytes. Translational Neurodegeneration, 9 (1). doi: https://doi.org/10.1186/s40035-020-00221-2
  28. Narokha, V., Nizhenkovskaya, I., Kuznetsova, O. (2014). Antioxidant effect of nicotinic acid on experimental doxorubicin-induced chronic heart failure. Current Topics in Pharmacology, 18 (1-2), 105–111.
  29. Nizhenkovskaya, I., Narokha, V., Kuznetsova, O. (2018). Effects of nicotinic acid on protein oxidative modifications in experimental chronic heart failure. Farmacia, 66 (6), 959–962. doi: https://doi.org/10.31925/farmacia.2018.6.5
  30. Nizhenkovskaya, I., Narokha, V. (2016). Influence of coordination compound of germanium and nicotinic acid on the energy homeostasis of the heart and liver of rats in conditions of chronic intoxication with doxorubicin. Recipe, 19 (2), 174–181.
  31. Narokha, V., Nizhenkovska, I., Kuznetsova, O. (2021). Potential of germanium-based compounds in coronavirus infection. Acta Pharmaceutica, 72 (2), 245–258. doi: https://doi.org/10.2478/acph-2022-0016
  32. Hetz, C., Saxena, S. (2017). ER stress and the unfolded protein response in neurodegeneration. Nature Reviews Neurology, 13 (8), 477–491. doi: https://doi.org/10.1038/nrneurol.2017.99
  33. Ghemrawi, R., Khair, M. (2020). Endoplasmic Reticulum Stress and Unfolded Protein Response in Neurodegenerative Diseases. International Journal of Molecular Sciences, 21 (17), 6127. doi: https://doi.org/10.3390/ijms21176127
  34. Chung, Y., Lee, J., Jung, S., Lee, Y., Cho, J. W., Oh, Y. J. (2018). Dysregulated autophagy contributes to caspase-dependent neuronal apoptosis. Cell Death & Disease, 9 (12). doi: https://doi.org/10.1038/s41419-018-1229-y
  35. Merighi, A., Lossi, L. (2022). Endoplasmic Reticulum Stress Signaling and Neuronal Cell Death. International Journal of Molecular Sciences, 23 (23), 15186. doi: https://doi.org/10.3390/ijms232315186
  36. Ploumi, C., Papandreou, M.-E., Tavernarakis, N. (2022). The complex interplay between autophagy and cell death pathways. Biochemical Journal, 479 (1), 75–90. doi: https://doi.org/10.1042/bcj20210450
  37. Sorice, M. (2022). Crosstalk of Autophagy and Apoptosis. Cells, 11 (9), 1479. doi: https://doi.org/10.3390/cells11091479
  38. Kaur, S., Changotra, H. (2020). The beclin 1 interactome: Modification and roles in the pathology of autophagy-related disorders. Biochimie, 175, 34–49. doi: https://doi.org/10.1016/j.biochi.2020.04.025
Інтенсивність стресу ендоплазматичного ретикулуму, аутофагії та апоптозу у корі головного мозку щурів з хронічним вживанням етанолу під впливом комплексної сполуки германію з нікотиновою кислотою

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-31

Як цитувати

Ніженковська, І. В., Кузнецова, О. В., & Нароха, В. П. (2023). Інтенсивність стресу ендоплазматичного ретикулуму, аутофагії та апоптозу у корі головного мозку щурів з хронічним вживанням етанолу під впливом комплексної сполуки германію з нікотиновою кислотою. ScienceRise: Pharmaceutical Science, (6(46), 70–78. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2023.295491

Номер

№ 6(46) (2023)

Розділ

Фармацевтичні науки

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Iryna Nizhenkovska, Olena Kuznetsova, Violetta Narokha

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу.