Влияние мелатонина на сукцинат-рецепторную систему хондроцитов остеоартрита в условиях окислительного стресса in vitro

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Введение. Мелатонин, индуцируя экспрессию антиоксидантных ферментов и сигнальных белков, проявляет защитные эффекты при развитии патологических состояний, протекающих на фоне окислительного стресса (ОС), поэтому выяснение протективных механизмов мелатонина на сукцинат-рецепторную систему хондроцитов является актуальным направлением исследований.

Цель работы - оценить влияние мелатонина на сукцинат-рецепторную систему хондроцитов остеоартрита человека в условиях окислительного стресса in vitro.

Материал и методы. Исследование проводили in vitro на первичных клеточных культурах хондроцитов метаболического фенотипа остеоартрита человека. К хондроцитам добавляли мелатонин до получения конечных концентраций 100 и 500 мкМ и пероксид водорода (H₂O₂) – 200 мкМ. Длительность воздействия составляла 24 ч для мелатонина и 12 ч для H₂O₂. В клеточных лизатах хондроцитов определяли уровни сукцината и его рецептора SUCNR1.

Результаты. Добавление H₂O₂ 200 мкМ в питательную среду в течение 12 ч приводило к кратному увеличению уровня сукцината и его рецептора в клетках хондроцитов. Предварительная инкубация мелатонином клеток хондроцитов в концентрациях 100 и 500 мкМ с последующим моделированием ОС (H₂O₂ 200 мкМ) снижала уровень компонентов сукцинатной системы, создавая условия для эффективной утилизации H₂O₂ и препятствуя развитию ОС, предположительно, путём стимуляции синтеза антиоксидантных ферментов.

Выводы. При добавлении в клеточную среду хондроцитов перекиси водорода наблюдается высокий уровень SUCNR1 и повышение его лиганда сукцината. Предварительная инкубация клеток хондроцитов мелатонином ограничивает перекисно-индуцированное накопление сукцината и снижает уровень SUCNR1 в клетках хондроцитов метаболического фенотипа остеоартрита человека.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Р. Шодиев

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: shodiev.dima@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4530-2964

аспирант, кафедра биохимии с курсом КЛД ФДПО

Россия, 390026, г. Рязань, ул. Высоковольтная, 9

В. И. Звягина

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова Минздрава России

Email: vizvyagina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2800-5789

доктор медицинских наук, доцент кафедры биохимии

Россия, 390026, г. Рязань, ул. Высоковольтная, 9

М. Н. Рябова

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова Минздрава России

Email: rmn62doc@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1707-2567

кандидат медицинских наук, доцент кафедры общей хирургии, травматологии и ортопедии

Россия, 390026, г. Рязань, ул. Высоковольтная, 9

Ю. А. Марсянова

Рязанский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова Минздрава России

Email: yuliyamarsyanova@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0003-4948-4504

ассистент кафедры биохимии

Россия, 390026, г. Рязань, ул. Высоковольтная, 9

Список литературы

  1. Li Z., Huang Z., Bai L. Cell Interplay in Osteoarthritis. Front Cell Dev Biol. 2021 Aug 3; 9: 720477. DOI: 10. 3389/fcell. 2021. 720477.
  2. Tseng T. H., Chen C. L., Chang C. H. et al. IL-6 induces periostin production in human ACL remnants: a possible mechanism causing post-traumatic osteoarthritis. J Orthop Surg Res. 2023 Nov 2; 18(1): 824. DOI: 10. 1186/s13018-023-04308-0.
  3. Zhang M., Cheng Y., Zhai Y. et al. Attenuated succinate accumulation relieves neuronal injury induced by hypoxia in neonatal mice. Cell Death Discov. 2022 Mar 28; 8(1): 138. DOI: 10. 1038/s41420-022-00940-7/
  4. Martínez-Reyes I., Chandel N. S. Mitochondrial T. C. A cycle metabolites control physiology and disease. Nat Commun. 2020 Jan 3; 11(1): 102. DOI: 10. 1038/s41467-019-13668-3.
  5. Liang Y., Shen L., Ni W. et al. CircGNB1 drives osteo-arthritis pathogenesis by inducing oxidative stress in chondrocytes. Clin Transl Med. 2023 Aug; 13(8): e1358. DOI: 10. 1002/ctm2. 1358.
  6. Villanueva-Carmona T., Cedó L., Madeira A. et al. SUCNR1 signaling in adipocytes controls energy metabolism by modulating circadian clock and leptin expression. Cell Metab. 2023 Apr 4; 35(4): 601–619. e10. DOI: 10. 1016/j. cmet. 2023. 03. 004.
  7. Yu M., Wang D., Chen X. et al. BMSCs-derived Mitochondria Improve Osteoarthritis by Ameliorating Mitochondrial Dysfunction and Promoting Mitochondrial Biogenesis in Chondrocytes. Stem Cell Rev Rep. 2022 Dec; 18(8): 3092–3111. DOI: 10. 1007/s12015-022-10436-7.
  8. Bubb K., Holzer T., Nolte J. L. et al. Mitochondrial respiratory chain function promotes extracellular matrix integrity in cartilage. J Biol Chem. 2021 Oct; 297(4): 101224. DOI: 10. 1016/j. jbc. 2021. 101224.
  9. Wu X., Liyanage C., Plan M. et al. Dysregulated energy metabolism impairs chondrocyte function in osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2023 May; 31(5):613–626. DOI: 10. 1016/j. joca. 2022. 11. 004.
  10. Lerner A. B., Case J. D., Takahashi Y. Isolation of melatonin and 5-methoxyindole-3-acetic acid from bovine pineal glands. J Biol Chem. 1960 Jul; 235: 1992-7.
  11. Joseph T. T., Schuch V., Hossack D. J. et al. Melatonin: the placental antioxidant and anti-inflammatory. Front Immunol. 2024 Feb 1; 15: 1339304. DOI: 10. 3389/fimmu. 2024. 1339304.
  12. Liu S. C., Tsai C. H., Wang Y. H. et al. Melatonin abolished proinflammatory factor expression and antagonized osteoarthritis progression in vivo. Cell Death Dis. 2022 Mar 7; 13(3): 215. DOI: 10. 1038/s41419-022-04656-5.
  13. Gu C., Yang H., Chang K. et al. Melatonin alleviates progression of uterine endometrial cancer by suppressing estrogen/ubiquitin C/SDHB-mediated succinate accumulation. Cancer Lett. 2020 Apr 28; 476: 34–47. DOI: 10. 1016/j. canlet. 2020. 02. 009.
  14. Uluışık D., Keskin E., Özaydın T. et al. Ameliorative effects of the melatonin on some cytokine levels, NF-κB immunoreactivity, and apoptosis in rats with cerulein-induced acute pancreatitis. Iran J Basic Med Sci. 2024; 27(3): 279–285.
  15. Liu H., Li Z., Cao Y. et al. Effect of chondrocyte mitochondrial dysfunction on cartilage degeneration: A possible pathway for osteoarthritis pathology at the subcellular level. Mol Med Rep. 2019; 20(4): 3308–3316. DOI:10. 3892/mmr. 2019. 10559.
  16. Zare Javid A., Hosseini S. A., Gholinezhad H. et al. Antioxidant and Anti-Inflammatory Properties of Melatonin in Patients with Type 2 Diabetes Mellitus with Periodontal Disease Under Non-Surgical Periodontal Therapy: A Double-Blind, Placebo-Controlled Trial. Diabetes Metab Syndr Obes. 2020 Mar 18; 13: 753–761. DOI: 10. 2147/DMSO. S242208.
  17. Gao G., Ding H., Zhuang C., Fan W. Effects of Hesperidin on H₂O₂-Treated Chondrocytes and Cartilage in a Rat Osteoarthritis Model. Med Sci Monit. 2018 Dec 17; 24: 9177–9186. DOI: 10. 12659/MSM. 913726.
  18. Cui T., Lan Y., Lu Y. et al. Isoorientin ameliorates H₂O₂-induced apoptosis and oxidative stress in chondrocytes by regulating MAPK and PI3K/Akt pathways. Aging (Albany NY). 2023 Jun 5; 15(11): 4861–4874. DOI: 10. 18632/aging. 204768.
  19. Yu S., Tang Q., Chen G. et al. Circadian rhythm modulates endochondral bone formation via MTR1/AMPKβ1/BMAL1 signaling axis. Cell Death Differ. 2022 Apr; 29(4): 874–887. DOI: 10. 1038/s41418-021-00919-4.
  20. Кореновский Ю. В., Удут В. В. S-нитрозоглутатион повы-шает экспрессию протеина ММП-1 в клетках линии HT1080 при гипоксической гипоксии. Бюллетень медицинской науки. 2019; 2(14): 26–30. [Korenovsky Yu. V, Udut V. V. S-nitro-soglutathione increases the expression of MMP-1 protein in cells of the HT1080 line in hypoxic hypoxia. Byulleten` medicinskoj nauki. 2019; 2(14): 26–30. (In Russ.)]. DOI: 10. 31684/2541-8475. 2019. 2(14). 26-30.
  21. Dobiasová S., Řehořová K., Kučerová D. et al. Multidrug Resistance Modulation Activity of Silybin Derivatives and Their Anti-inflammatory Potential. Antioxidants (Basel). 2020; 9(5): 455. DOI:10. 3390/antiox9050455.
  22. Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976 May 7; 72: 248–254. DOI: 10. 1006/abio. 1976. 9999.
  23. Абаленихина Ю. В., Ерохина П. Д., Сеидкулиева А. А. и др. Внутриклеточная локализация и функция ядерного фактора эритроидного происхождения 2 (Nrf2) в условиях моделирования окислительного стресса in vitro. Российский медико-биологический вестник имени академика И. П. Павлова. 2022; 30(3): 295–304. [Abalenikhina Yu. V., Erokhina P. D., Seidkuliyeva A. A. et al. Intracellular Location and Function of Nuclear Factor of Erythroid Origin 2 (Nrf2) in Modeling Oxidative Stress in vitro. I. P. Pavlov Russian Medical Biological Herald. 2022; 30(3): 295–304. (In Russ.)]. DOI: https://doi. org/10. 17816/PAVLOVJ10557.
  24. Kamarauskaite J., Baniene R., Trumbeckas D. et al. Increased Succinate Accumulation Induces ROS Generation in in vivo Ischemia. Reperfusion-Affected Rat Kidney Mitochondria. Biomed Res Int. 2020 Oct 13; 2020: 8855585. DOI: 10. 1155/2020/8855585.
  25. Wu K. K. Extracellular Succinate: A Physiological Messenger and a Pathological Trigger. Int J Mol Sci. 2023 Jul 6; 24(13): 11165. DOI: 10. 3390/ijms241311165.
  26. Osuna-Prieto F. J., Martinez-Tellez B., Ortiz-Alvarez L. et al. Elevated plasma succinate levels are linked to higher cardiovascular disease risk factors in young adults. Cardiovasc Diabetol. 2021 Jul 27; 20(1): 151. DOI: 10. 1186/s12933-021-01333-3.
  27. Littlewood-Evans A., Sarret S., Apfel V. et al. GPR91 senses extracellular succinate released from inflammatory macrophages and exacerbates rheumatoid arthritis. J Exp Med. 2016 Aug 22; (9): 1655–62. DOI: 10. 1084/jem. 20160061.
  28. Lane R. S., Fu Y., Matsuzaki S. et al. Mitochondrial respiration and redox coupling in articular chondrocytes. Arthritis Res Ther. 2015 Mar 10; 17(1): 54. DOI: 10. 1186/s13075-015-0566-9.
  29. Bao C., Zhu S., Song K., He C. HK2: a potential regulator of osteoarthritis via glycolytic and non-glycolytic pathways. Cell Commun Signal. 2022 Aug 30; 20(1): 132. DOI: 10. 1186/s12964-022-00943-y.
  30. Lee R. B., Urban J. P. Evidence for a negative Pasteur effect in articular cartilage. Biochem J. 1997 Jan 1; 321(Pt 1): 95–102. DOI: 10. 1042/bj3210095.
  31. Yang X., Jiang Q., Luan T. et al. Pyruvate Dehydrogenase Kinase 1 inhibition mediated oxidative phosphorylation enhancement in cartilage promotes osteoarthritis progression. BMC Musculoskelet Disord. 2023 Jul 20; 24(1): 597. DOI: 10. 1186/s12891-023-06585-6.
  32. Zheng L., Zhang Z., Sheng P., Mobasheri A. The role of metabolism in chondrocyte dysfunction and the progression of osteoarthritis. Ageing Res Rev. 2021 Mar; 66: 101249. DOI: 10. 1016/j. arr. 2020. 101249.
  33. Stauch B., Johansson L. C., Cherezov V. Structural insights into melatonin receptors. FEBS J. 2020 Apr; 287(8): 1496–1510. DOI: 10. 1111/febs. 15128.
  34. Abdelmoez A. M., Dmytriyeva O., Zurke Y. X. et al. Cell selectivity in succinate receptor SUCNR1/GPR91 signaling in skeletal muscle. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2023 Apr 1; 324(4): E289–E298. DOI: 10. 1152/ajpendo. 00009. 2023.
  35. Sanchez M., Hamel D., Bajon E. et al. The Succinate Re-ceptor SUCNR1 Resides at the Endoplasmic Reticulum and Relocates to the Plasma Membrane in Hypoxic Conditions. Cells. 2022 Jul 13; 11(14): 2185. DOI: 10. 3390/cells11142185.
  36. Wang P., Sun X., Wang N. et al. Melatonin enhances the occurrence of autophagy induced by oxidative stress in Arabidopsis seedlings. J Pineal Res. 2015 May; 58(4): 479–489. DOI: 10. 1111/jpi. 12233.
  37. Littlewood-Evans A., Sarret S., Apfel V. et al. GPR91 senses extracellular succinate released from inflammatory macrophages and exacerbates rheumatoid arthritis. J Exp Med. 2016; 213(9): 1655–1662. DOI:10. 1084/jem. 20160061.
  38. Шодиев Д. Р., Звягина В. И., Рябова М. Н., Марсянова Ю. А. Сукцинат-рецепторная системакостно-хрящевой ткани у пациентов с метаболическим фенотипом остеоартрита. Вопросы биологической, медицинской и фармацев-тической химии. 2024; 27(4): 42–49. [Shodiev D. R., Zvyagina V. I., Ryabova M. N., Marsyanova Y. A. Succinate-receptor system of bone and cartilage tissue in patients with metabolic phenotype of osteoarthritis. Problems of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2024;27(4):4249. (In Russ.)]. DOI: 10. 29296/25877313-2024-04-06
  39. Mehta O., Vijay A., Gohir S. A. et al. Serum metabolome analysis identified amino-acid metabolism associated with pain in people with symptomatic knee osteoarthritis - a cross-sectional study. J Pain. 2023; 24(7): 1251–1261.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Количество SUCNR1 и сукцината в клетках линии хондроцитов после воздействия мелатонина в концентрациях 100 и 500 мкМ в течение 24 ч; ns – р ≥ 0,05

Скачать (43KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Количество SUCNR1 и сукцината в клетках линии хондроцитов после воздействия H₂O₂ 200 мкМ в течение 12 ч; ** – p <0,01

Скачать (44KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Количество SUCNR1 и сукцината в клетках линии хондроцитов после воздействия H₂O₂ 200 мкМ течение 12 ч на предварительно обработанные мелатонином клетки; ns – p ≥0,05; * – p <0,05; ** – p <0,01

Скачать (36KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Количество SUCNR1 и сукцината в клетках линии хондроцитов после воздействия H₂O₂ 200 мкМ течение 12 ч на предварительно обработанные мелатонином клетки в сравнении с исходными показателями; ns – p ≥0,05; ** – p <0,01

Скачать (48KB)
Метаданные

© ИД "Русский врач", 2024