Доклады Академии наукДоклады Академии наукДоклады Академии наук0869-5652The Russian Academy of Sciences1448110.31857/S0869-56524864509-513Biochemistry, biophysics, molecular biologyБиохимия, биофизика, молекулярная биологияResearch ArticleMolecular dynamics modeling of the interaction of cationic fluorescent lipid peroxidation-sensitive probes with the mitochondrial membraneМолекулярно-динамическое моделирование взаимодействия катионных флуоресцентных зондов, чувствительных к перекисному окислению липидов, с митохондриальной мембранойNesterenkoA. M.НестеренкоА. М.
Russian Federation
bchernyak@yahoo.comKholinaE. G.ХолинаЕ. Г.
Russian Federation
bchernyak@yahoo.comLyamzaevK. G.ЛямзаевК. Г.
Russian Federation
bchernyak@yahoo.comMulkidzhanyanA. Y.МулкиджанянА. Я.
Russian Federation
bchernyak@yahoo.comChernyakB. V.ЧернякБ. В.
Russian Federation
bchernyak@yahoo.comA.N. Belozersky Institute of physico-chemical biology, Moscow State UniversityНаучно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университетаShemyakin & Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наукLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваOsnabrück UniversityОснабрюкский Университет1006201948645095132706201927062019Copyright ©; 2019, Russian academy of sciencesCopyright ©; 2019, Российская академия наук2019Russian academy of sciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0869-5652/article/view/14481

Cardiolipin (CL) plays a central role in lipid peroxidation (LPO) of the mitochondrial inner membrane due to higher content of unsaturated fatty acids in CL in comparison with the other phospholipids. CL oxidation plays an important role in the regulation of various intracellular signaling pathways and its excessive oxidation contributes to the development of various pathologies and, possibly, participates in the aging process. Mitochondria-targeted antioxidants containing triphenylphosphonium cation (TPP+) effectively protect CL from oxidation. It is assumed that fluorescent probes on the basis of the C11-BODIPY fluorophore sensitive to LPO and containing TPP+ can selectively register CL oxidation. To test this possibility, we carried out a molecular dynamic simulation of such probes in a model mitochondrial membrane. It is shown that the probes are located in the membrane at the same depth as the unsaturated bonds in CL molecules sensitive to oxidation. Increasing the length of the linker that binds the fluorophore and TPP+ residue has little effect on the position of the probe in the membrane. This indicates the possibility of modifying the linker to increase the selectivity of the probes to CL.

Кардиолипин (CL) играет центральную роль в перекисном окислении липидов (ПОЛ) внутренней мембраны митохондрий. Это связано с тем, что содержание ненасыщенных жирных кислот в кардиолипине значительно выше, чем в других фосфолипидах. Окисление CL играет важную роль в регуляции различных внутриклеточных сигнальных путей, а чрезмерное его окисление способствует развитию различных патологий и, возможно, участвует в процессе старения. Митохондриально-направленные антиоксиданты, содержащие катион трифенилфосфония (ТРР+), эффективно защищают CL от окисления. Предполагается, что флуоресцентные зонды, чувствительные к ПОЛ на основе флуорофора C11-BODIPY и несущие остаток ТРР+, могут избирательно регистрировать окисление CL. Для проверки этой возможности мы провели молекулярно-динамическое моделирование таких зондов в модельной митохондриальной мембране. Показано, что зонды располагаются в мембране на той же глубине, что и ненасыщенные связи в молекуле CL, чувствительные к окислению. Увеличение длины линкера, связывающего флуорофор и остаток ТРР+, мало влияет на положение зонда в мембране, что указывает на возможность модификации линкера для повышения селективности зондов к CL.

fluorescent probelipid peroxidationmolecular dynamicscardiolipinBODIPYmitochondrial membranemitochondria-targeted cationsфлюоресцентный зондперекисное окислениемолекулярная динамикакардиолипинBODIPYмитохондриальная мембранамитохондриально-направленные катионыRussian Science FoundationРоссийский научный фондScholarship of the President of the Russian FederationСтипендия Президента РФZorov D.B., Juhaszova M., Sollott S.J. // Physiol Rev. 2014. V. 94. № 3. P. 909-950.Maguire J.J., Tyurina Y.Y., Mohammadyani D., Kapralov A.A., Anthonymuthu T.S., Qu F., Amoscato A.A., Sparvero L.J., Tyurin V.A., Planas-Iglesias J., He R.R., Klein-Seetharaman J., Bayır H, Kagan V.E. // Biochim. Biophys. Acta.-Mol. Cell. Biol. Lipids. 2017. V. 1862. № 1. P. 8-24.Kagan V.E., Bayir H.A., Belikova N.A., Kapralov O., Tyurina Y.Y., Tyurin V.A., Jiang J., Stoyanovsky D.A., Wipf P., Kochanek P.M., Greenberger J.S., Pitt B., Shvedova A.A., Borisenko G. // Free Radic. Biol. Med. 2009. V. 46. № 11. P. 1439-1453.Skulachev V.P., Antonenko Y.N., Cherepanov D.A., Chernyak B.V., Izyumov D.S., Khailova L.S., Klishin S.S., Korshunova G.A., Lyamzaev K.G., Pletjushkina O.Y., Roginsky V.A., Rokitskaya T.I., Severin F.F., Severina I.I., Simonyan R.A., Skulachev M.V., Sumbatyan N.V., Sukhanova E.I., Tashlitsky V.N., Trendeleva T.A., Vyssokikh M.Y., Zvyagilskaya R.A. // Biochim. Biophys. Acta. 2010. V. 1797. № 6-7. P. 878-889.Lokhmatikov A.V., Voskoboynikova N., Cherepanov D.A., Skulachev M.V., Steinhoff H.J., Skulachev V.P., Mulkidjanian A.Y. // Oxid. Med. Cell. Longev. 2016. V. 2016. P. 8 679 469.Prime T.A., Forkink M., Logan A., Finichiu P.G., McLachlan J., Li Pun P.B., Koopman W.J., Larsen L., Latter M.J., Smith R.A., Murphy M.P. // Free Radic. Biol. Med. 2012. V. 53. № 3. P. 544-553.Drummen G.P., van Liebergen L.C., Op den Kamp J.A., Post J.A. // Free Radic. Biol. Med. 2002. V. 33. № 4. P. 473-90.Comte J., Maǐsterrena B., Gautheron D.C. // Biochim. Biophys. Acta - Biomembr. 1976. V. 419. № 2. P. 271-284.Klauda J.B., Venable R.M., Freites J.A., O’Connor J.W., Tobias D.J., Mondragon-Ramirez, C., Vorobyov I., MacKerell A., Pastor R.W. // J. Phys. Chem. B. 2010. V. 114. № 23. P. 7830-7843.Granovsky A.A. Firefly version 8, http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.htmlPhan M.D., Shin K. // Biophys. J. 2015. V. 108. № 8. P. 1977-1986.