Ishemija in vivo izaziva oksidaciju kardiolipina u mitohondrijima bubrega štakora

Jednostavan sažetak

Mitohondrijski kardiolipin je jedinstveni fosfolipid koji ima vitalnu ulogu u sintezi ATP-a. Uočeno je da ishemija/reperfuzija uzrokuje oštećenje kardiolipina u srcu ili moždanom tkivu; međutim, pronađeno je vrlo malo podataka o bubrežnim kardiolipinima i povezanim oštećenjima nakon ishemije/reperfuzije. Oksidativni stres igra ključnu ulogu tijekom reperfuzije. Međutim, čak i tijekom ishemije, kardiolipini mogu biti oksidirani. Stoga smo željeli procijeniti oksidaciju kardiolipina tijekom bubrežne ishemije in vivo. Bubrežna ishemija in vivo inducirana je u mužjaka Wistar štakora u razdoblju od 30–60- minuta; zatim smo izolirali mitohondrije bubrega, ekstrahirali lipide i analizirali kardiolipin primjenom kromatografskih i spektrometrijskih metoda mase. Rezultati su pokazali da se nakon čak 30 minuta in vivo ishemije količina dominantnih vrsta kardiolipina smanjila gotovo za polovicu, a dodatno se smanjila produljenjem vremena ishemije. Kardiolipin je oksidiran s do osam dodatnih atoma kisika, dajući osam različitih vrsta s više izomernih oblika. Ovo pokazuje da su čak i nakon ishemije razine kardiolipina promijenjene i da se stvaraju mnogi produkti oksidacije kardiolipina, koji se također potencijalno mogu modificirati u štetnije lipidne signalne molekule koje mogu izazvati veća oštećenja mitohondrija.

Sažetak

Kardiolipin je mitohondrijski fosfolipid koji ima značajnu ulogu u bioenergetici mitohondrija. Kardiolipin se oksidira pod uvjetima poput oksidativnog stresa koji se javlja tijekom ishemije/reperfuzije; međutim, poznato je da se čak i tijekom ishemije stvaraju mnoge reaktivne vrste kisika. Cilj nam je bio analizirati učinak in vivo ishemije na oksidaciju kardiolipina. Odrasli mužjaci Wistar štakora su anestezirani; njihovi su abdomeni otvoreni, a mikrovaskularne kopče stavljene su na bubrežne arterije na 30, 40 ili 60 minuta, uzrokujući ishemiju. Nakon ishemije, bubrezi su sakupljeni, mitohondriji su izolirani, a lipidi su ekstrahirani za kromatografsku i masenu spektrometrijsku analizu tetralin oleoil kardiolipina i njegovih oksidacijskih proizvoda. Kromatografska i masena spektrometrijska analiza otkrile su smanjenje od 47 posto, 68 posto i 74 posto u tetralin oleoil kardiolipinu nakon 30 minuta, 40 minuta odnosno 60 minuta bubrežne ishemije (p < 0,05). Osam različitih proizvoda oksidacije kardiolipina s do osam dodatnih kisika identificirano je u mitohondrijima bubrega štakora. Ukupno 40 minuta ishemije uzrokovalo je prosječno povećanje od 6{13}}struko u svim oksidiranim oblicima kardiolipina. Predstavljamo dokaze da sama bubrežna ishemija in vivo inducira oksidaciju tetralin oleoil kardiolipina i depleciju u mitohondrijima bubrega štakora.

Ključne riječi

kardiolipin; ishemija; oksidacija; mitohondriji; bubreg; oksidativni stres.

Kliknite ovdje da saznate što je Cistanche

Uvod

Kardiolipin (CL) je jedinstveni fosfolipid koji se uglavnom nalazi u mitohondrijskim membranama i bakterijskim plazma membranama [1]. U mitohondrijima, većina CL nalazi se u unutarnjoj membrani (IMM), čineći oko 20 posto ukupnog sadržaja IMM fosfolipida [2]. Struktura ovog fosfolipida je dimerna i uključuje četiri masna acilna lanca, koji dovode do niza dekadentnih kombinacija kiselina i kardiolipinskih molekularnih vrsta. Iako se mnoge vrste CL nalaze u tkivima sisavaca, postoji jedna vrsta, tetralinoleil-CL, koja je najzastupljenija [3,4]. Na primjer, ova CL vrsta sadrži približno 80 posto svih kardiolipina u srcima ljudi, glodavaca i goveda. Uočeno je da je linolna kiselina najzastupljenija masna kiselina u kardiolipinima koji se nalaze u tkivima jetre, bubrega, mišića i slezene [5,6]. Ova jedinstvena struktura kardiolipina daje mu posebna svojstva i funkcije unutar mitohondrija. CL sudjeluje u morfologiji mitohondrijske membrane, bioenergetici, transportu metabolita, mitofagiji, imunološkom odgovoru i apoptozi [7-10]. Možda je jedna od najvažnijih funkcija kardiolipina njihova interakcija s kompleksima respiratornog lanca mitohondrija—kardiolipin je bitan za njihovu stabilnost i optimalnu funkciju sustava oksidativne fosforilacije. Prethodne studije su pokazale da je kardiolipin neophodan za optimalno funkcioniranje kompleksa I, kompleksa II, kompleksa III, citokroma c i adenozin trifosfat (ATP) sintaze [10-15]. Također je dokazano da kardiolipin može povećati učinkovitost oksidativne fosforilacije za najmanje 35 posto [16]. Stoga, svako oštećenje kardiolipina može uzrokovati disfunkciju mitohondrija i daljnje patološke kaskade. Promjene u strukturi i količini kardiolipina uočene su tijekom patologija kao što su Barthov sindrom, kardiovaskularne i neurodegenerativne bolesti te ishemija/reperfuzija miokarda [3,17-20].

Strukturne promjene kardiolipina mogu se dogoditi uglavnom tijekom oksidativnog stresa kada se kardiolipin oksidira kroz napad reaktivnih kisikovih vrsta (ROS). Mitohondriji se smatraju značajnim izvorom proizvodnje ROS; stoga, s obzirom na lokaciju kardiolipina, kao i veliki broj višestruko nezasićenih masnih kiselina, CL postaje vrlo osjetljiv na oksidaciju [21,22]. U fiziološkim uvjetima, proizvodnja i uklanjanje ROS-a su visoko kontrolirani; međutim, uočeno je da se proizvodnja ROS povećava u različitim patološkim stanjima kao što su ishemija/reperfuzija, starenje i degenerativne bolesti [23]. Pokazalo se da ishemija/reperfuzija miokarda uzrokuje značajan gubitak kardiolipina u mitohondrijima srca štakora i smanjenu aktivnost u I, III i IV kompleksima transportnog lanca elektrona [11-13]. Kratka razdoblja ishemije možda neće promijeniti antioksidativni sustav; međutim, produljena ishemija (npr. 60 minuta ishemije srca) oštećuje lanac prijenosa elektrona i povećava stvaranje ROS-a čak i kada je ostalo 1,5 posto kisika [23,24]. Povećano stvaranje ROS-a tijekom ishemije već može inducirati oksidaciju višestruko nezasićenih masnih kiselina u CL uz stvaranje lipidnih peroksida i uzrokovati daljnje oštećenje mitohondrija.

Provedeno je mnogo istraživanja analizirajući kardiolipinske promjene nakon ishemije/reperfuzije miokarda [18,19,25,26]. Međutim, nema dovoljno informacija o implikacijama ishemije/reperfuzije bubrega na kardiolipin u mitohondrijima bubrega. Budući da uopće nema podataka o promjenama kardiolipina tijekom ishemije bubrega, ovo je istraživanje imalo za cilj procijeniti kvalitativne i kvantitativne promjene kardiolipina u mitohondrijima bubrega nakon tople in vivo ishemije. Ova studija pokazuje da ishemija bubrega in vivo uzrokuje peroksidaciju CL. Nekoliko molekularnih vrsta kardiolipina koje sadrže do osam dodatnih atoma kisika vezanih za višestruko nezasićene masne kiseline identificirano je metodom tekućinske kromatografije ultraučinkovite spektrometrije mase (UPLC-MS).

Cistancheovi učinci

Materijali i metode

1. Životinje i eksperimentalni model ishemije in vivo

Eksperimentalni postupci korišteni u ovoj studiji provedeni su u skladu s Litvanskim odborom za dobru praksu korištenja laboratorijskih životinja (br. G{{0}}, 2021-03- 02). Odrasli mužjaci Wistar štakora težine 200–250 g držani su u standardnim laboratorijskim uvjetima, održavani su u ciklusu prirodnog svjetla i tame i imali su slobodan pristup hrani i vodi ad libitum. Životinje su prije eksperimenta aklimatizirane na laboratorijske uvjete. Za izvođenje anestezije korišteni su pentobarbital i ketamin. Vaskularne kopče su stavljene preko bubrežnih arterija štakora da induciraju bubrežnu ishemiju (37 ◦C) in vivo. Ishemija je potvrđena promatranjem kako bubrezi mijenjaju boju iz crvene u ljubičastu unutar ~2 minute. Na kraju ishemije (30 min, 40 min ili 60 min), kopče su skinute, a bubrezi su uklonjeni i isprani od krvi u hladnoj (0-4 ◦C) 0,9 postotnoj otopini KCl. Nakon toga tkivo bubrega korišteno je za izolaciju mitohondrija. Lažno operirani štakori (kontrolna skupina) podvrgnuti su identičnim kirurškim zahvatima osim primjene vaskularnih klipova.

2. Izolacija mitohondrija bubrega

Bubrežno tkivo izrezano je na male komadiće i homogenizirano u mediju za izolaciju koji je sadržavao 250 mM saharoze, 10 mM Tris HCl i 1 mM etilendiamintetraoctene kiseline (EDTA) (pH 7,3). Citosolne i mitohondrijske frakcije odvojene su diferencijalnim centrifugiranjem (5 minuta na 750 × g i 10 minuta na 10,000 × g, dva puta), a talog je suspendiran u mediju za izolaciju. Talog je korišten za određivanje proteina Biuret metodom, određivanje mitohondrijske funkcije i ekstrakciju fosfolipida.

3. Određivanje mitohondrijske funkcije

Određena je funkcija mitohondrija kako bi se potvrdilo ishemijsko oštećenje mitohondrija. To je učinjeno mjerenjem mitohondrijske respiracije (potrošnja kisika) poligrafskim sustavom Oroboros{{0}}k u 2 mL inkubacijskog medija (150 mM KCl, 10 mM Tris ·Cl, 5 mM KH2PO4, 1 mM MgCl2 × 6H2O) pri pH 7,3 i 37 ◦C. Disanje u stanju II (V0) mjereno je u prisutnosti 5 mM glutamata i 5 mM malata kao supstrata ovisnih o kompleksu I. Disanje u stanju III (V3) mjereno je dodavanjem 2 mM adenozin difosfata (ADP). Propusnost mitohondrijske vanjske membrane procijenjena je dodavanjem 32 µM citokroma c (V3 plus cytc). Respiracija je inhibirana dodatkom 0,12 mM karboksiatraktilozida (Vcat), a procijenjene su promjene u brzini respiracije, što je ukazalo na promjene u propusnosti unutarnje membrane mitohondrija. Prikupljanje podataka u stvarnom vremenu i analiza podataka provedeni su pomoću softvera Datlab 5 (Oroboros Instruments, Innsbruck, Austrija). Stope potrošnje kisika izražene su kao pmol/s/0,25 mg mitohondrijskog proteina. Izvorne krivulje mitohondrijske respiracije u kontrolnim i ishemijskim (30, 40, 60 min) skupinama prikazane su na slici 1.

Slika 1. Potrošnja kisika u mitohondrijima bubrega u kontrolnoj i ishemijskoj skupini. Na krivuljama, plavi trag predstavlja koncentraciju kisika (nmol/mL), a crveni trag predstavlja protok kisika (pmol/s/0.25 mg mitohondrijskog proteina). Vg: brzina disanja u prisutnosti 0.5 mg/mL mitohondrija (smjesa) i supstrata, 5 mM glutamata i 5 mM malata; V3: maksimalna brzina disanja nakon dodavanja 2 mM ADP; V3 plus cit: brzina disanja nakon dodavanja 32 uM citokroma c; Vcat: brzina disanja nakon dodavanja 0.12 mM karboksil traktilozida. Uočeno je da je mitohondrijsko disanje smanjeno u svim skupinama s ishemijom u usporedbi s kontrolom.

Cistanche

4. Ekstrakcija fosfolipida iz mitohondrija bubrega

Ekstrakcija fosfolipida iz mitohondrija bubrega provedena je modificiranom Folchovom metodom [27]. Ukupno 500 µL mitohondrijske suspenzije pomiješano je s 1 mL deionizirane vode, 2 mL metanola i 4 mL kloroforma (1:2:4 vol.). Smjesa je centrifugirana na sobnoj temperaturi pri brzini od 2000 x g tijekom pet minuta. Niža faza kloroforma – koja sadrži lipide – je prikupljena i uparena pod strujom N2 u staklenoj bočici. Preostala gornja faza pomiješana je s dodatna 2 mL kloroforma i ponovno centrifugirana. Nakon toga, donja faza je oporavljena i dodana u staklenu bočicu. Ovaj posljednji korak ponovljen je dva puta kako bi se povratilo što je moguće više sadržaja lipida iz smjese. Nakon koncentriranja pod strujom N2, talog je resuspendiran u 100 µL kloroforma i 500 µL izopropanola (1:5 vol.) i filtriran kroz 45 µm filter štrcaljke prije analize.

5. Oksidacija kardiolipinskog standarda

Cardiolipin standard (cardiolipin sodium salt from bovine heart, >97 posto (TLC)) liofilizirani prah, Sigma Aldrich, St. Louis, MO, SAD) je oksidiran korištenjem metode koja se temelji na onoj koju su objavili Kagan i Tyurina (28, 29). Kardiolipin standard je otopljen u fosfatnom puferu (K2HPO{{ 4}} mM, KHPO4 50 mM, dvostruko destilirana H2O; pH 7,4) i vorteksirana. Smjesa je stavljena u ultrazvučnu kupelj na 3 minute da se formiraju lipidne vezikule. Smjesa je tretirana s citokromom c (30 uM) i HO, (400 uM) jedan sat na 37 C u vodenoj kupelji. HO je dodavan svakih 15 minuta (ukupno četiri puta) tijekom perioda inkubacije. Lipidi su zatim ekstrahirani u otapalu kloroform/metanol koristeći ranije opisanu metodu.

6. Odvajanje i procjena kardiolipina

Odvajanje i analiza kardiolipina iz naših standardnih i mitohondrijskih uzoraka provedeni su ultra-učinkovitom tekućinskom kromatografijom—masenom spektrometrijom (UPLC-MS) korištenjem Waters Acquity UPLC kromatografa spojenog s Xevo TQD (trostruki kvadrupol) masenim spektrometrom s elektrosprej ionizacijom (ESI). Za UPLC analizu korištena je Acquity UPLC BEH C18 1.7 µm kolona. Metoda koja je korištena temeljila se na metodi reverzno-fazne tekućinske kromatografije tandemske masene spektrometrije (HPLC-MS/MS) ionskog para koju su opisali Kim i sur. [30]. U gradijentnom eluiranju korištena su dva eluensa: eluens A (450 mL acetonitrila, 50 mL vode, 2,5 mL trietilamina, 2,5 mL ledene octene kiseline) i eluens B (450 mL izopropanola, 50 mL vode, 2,5 mL trietilamina, 2,5 mL ledene octene kiseline). Gradijent eluacije prikazan je u tablici 1.

7. Statistička analiza

Kvantitativni podaci prikazani su kao srednje vrijednosti ± standardna pogreška. Statistička analiza i grafička vizualizacija provedene su pomoću programskog paketa SigmaPlot v14.0 (Systat Software Inc., Chicago, IL, SAD). Za usporedbu grupnih srednjih vrijednosti primijenjena je jednosmjerna ANOVA, praćena Dunnovim post hoc testom za postupak višestruke usporedbe po parovima. Dodatno, Studentov/Welchov t-test korišten je za svaku usporedbu srednje vrijednosti para ako je prošao Shapiro–Wilkov test normalnosti; Inače je korišten Mann-Whitney Sum Rank test. p vrijednosti < 0.05 smatrane su statistički značajnim.

Cistanche kapsule

Rasprava

Ishemija i reperfuzija ostaju ozbiljan klinički problem koji oštećuje zahvaćene organe i tkiva. Molekularni mehanizam ove ozljede uključuje povećano stvaranje reaktivnih kisikovih vrsta u mitohondrijima te peroksidaciju i smanjenje kardiolipina, što zauzvrat narušava oksidativnu fosforilaciju mitohondrija te integritet mitohondrija i stanice [21,32,33]. Oštećenje mitohondrija već se događa tijekom ishemije, i iako je razina kisika smanjena, reaktivne vrste kisika još uvijek se stvaraju na razini koja je dovoljna da oksidira i iscrpi kardiolipin [34]. Peroksidacija kardiolipina tijekom ishemije-reperfuzije uglavnom je analizirana u mitohondrijima srca; međutim, nedostaju istraživanja o kardiolipinu u bubrežnim mitohondrijima.

Ova studija po prvi put pokazuje da je tetralin oleoil kardiolipin oksidativno modificiran i iscrpljen u mitohondrijima bubrega štakora tijekom in vivo ishemije bubrega. U prvoj fazi korišten je standardni tetralin oleoil kardiolipin za in vitro oksidaciju uz korištenje citokroma c i vodikovog peroksida za analizu produkata oksidacije kardiolipina. Budući da kardiolipin blisko djeluje s citokromom c u mitohondrijima, kardiolipin se može lako oksidirati pomoću citokrom c peroksidaze [35]. Dodatno, Aluri i sur. pokazalo je da tijekom ishemije i reperfuzije mišjeg srca, inhibicija distalnog dijela transportnog lanca elektrona, uglavnom IV kompleksa, izaziva aktivnost citokrom c peroksidaze, koja, zajedno s vodikovim peroksidom, može lako oksidirati kardiolipin [36]. Korištenjem UPLC-MS, procijenjeno je osam proizvoda oksidacije kardiolipina koji su imali od jedan do osam dodatnih atoma kisika vezanih za linolne kiseline. Na temelju rezultata masene spektrometrije, do četiri atoma kisika mogu se naći na jednoj linoleinskoj kiselini u obliku hidroksida ili hidroperoksida. Slična otkrića također su objavili Kim i sur.; međutim, korištena su različita oksidacijska sredstva, posebno zrak/2,2'-azobis-2-metil-propanimidamid, dihidroklorid (AAPH)/fotosenzibilizator i svjetlo. Nadalje, slične nalaze objavili su i Helmer i sur., koji su primijenili Fentonovu reakciju. Autori su detaljno opisali produkte oksidacije kardiolipina s dodatna dva i četiri atoma kisika. Iako su Helmer i sur. pokazali su da je do osam atoma kisika detektirano na kardiolipinu, a nisu dani daljnji detalji o ostalim oblicima kardiolipina [30,37]. Obrasci fragmentacije iona bili su slični onima opisanim u ovoj studiji, što može pokazati da oksidacija kardiolipina s citokromom c i vodikovim peroksidom slijedi iste obrasce oksidacije. Među produktima oksidacije standardnog kardiolipina dominirao je kardiolipin s dva dodatna atoma kisika - kardiolipin hidroperoksid, što su također uočili Helmer i sur. [37]. Međutim, naše istraživanje pokazuje da bi se u in vivo uvjetima relativne količine oksidiranih oblika kardiolipina mogle razlikovati jer su najzastupljeniji oblici bili kardiolipin s dodatnih pet i četiri atoma kisika u kontroli i mitohondriji ishemijskog bubrega štakora. To ukazuje da bi kardiolipin hidroperoksid još uvijek mogao biti reaktivan i podvrgnut daljnjoj oksidaciji in vivo, stvarajući nešto stabilnije oksidirane oblike kardiolipina.

U sljedećem nizu eksperimenata analizirali smo kvantitativne i kvalitativne promjene kardiolipina u bubrezima štakora nakon 30-60 minuta in vivo ishemije. Najprije je utvrđeno da su razine tetralin oleoil kardiolipina i trilinoleoil-monooleoil kardiolipina gotovo iste u mitohondrijima bubrega štakora, što ih čini dominantnima. Nakon 30 minuta in vivo ishemije, razine obje vrste kardiolipina smanjuju se za pola; međutim, tek nakon 30 min i 40 min ishemije smanjenje je značajno za tetralin oleoil kardiolipin. Petrosillo i sur. analizirali su peroksidaciju kardiolipina u ishemijskim srcima štakora i pokazali da je 30 minuta ishemije uzrokovalo smanjenje sadržaja kardiolipina za 28 posto [33]. Slične rezultate dobili su Lesnefsky i sur. analizirajući mitohondrije srca kunića u ishemijskim stanjima. Ukupno 30 minuta ishemije uzrokovalo je lagano smanjenje sadržaja kardiolipina i citokroma c u subsarkolemalnim mitohondrijima; međutim, nije primijećena promjena sadržaja kardiolipina ili citokroma c u interfibrilarnim mitohondrijima [25]. Chen i Lesnefsky dalje su istraživali ovaj model ishemije i otkrili da se nakon 30 i 45 minuta ishemije značajno povećala proizvodnja vodikovog peroksida, što znači da se kardiolipin može lako oksidirati u ishemijskim stanjima [38]. Također je pokazano da čak 20 minuta tople bubrežne ishemije in vitro uzrokuje značajno oštećenje mitohondrijskog oksidativnog fosforilacijskog sustava kao i povećanje aktivnosti proapoptotskog faktora [39]. Međutim, ovi eksperimenti su provedeni ex vivo/in vitro, i do sada nije napravljeno mnogo in vivo eksperimenata koji bi pružili bilo kakve informacije o promjenama kardiolipina samo tijekom ishemije, posebno u bubrezima. Kim i sur. analizirali su sadržaj kardiolipina u mozgu i srcu štakora nakon srčanog zastoja izazvanog asfiksijom i otkrili da je tetralin oleoil kardiolipin samo malo smanjen u srcu štakora, ali ne i mozgu, nakon 30 minuta srčanog zastoja [40]. Liu i sur. inducirao je 45 minuta ishemije bubrega štakora in vivo i otkrio da su mitohondriji endotelnih stanica bubrežnih kapilara postali natečeni s gubitkom membrana krista koji je oslabljen peptidom SS-31 usmjerenim na kardiolipin. Iako autori nisu analizirali kardiolipin, njihovi rezultati pokazuju da je gubitak kardiolipina mogao izazvati morfološke promjene u mitohondrijima [41].

Ne zna se mnogo o produktima oksidacije kardiolipina tijekom ishemije, osobito u ishemiji in vivo. Ova studija pokazuje da ishemija bubrega štakora in vivo uzrokuje oksidaciju tetralin oleoil kardiolipina s do osam dodatnih atoma kisika, stvarajući osam oksidacijskih proizvoda. Lesnefsky i sur. pokazali su da je 25 minuta ishemije srca starijeg štakora uzrokovalo značajan porast kardiolipina od 1496 Daltona (s dodatna tri atoma kisika) u subsarkolemalnim i interfibrilarnim mitohondrijima. Zanimljivo je da je količina ove vrste kardiolipina u mitohondrijima srca štakora nakon 25 minuta ishemije bila veća u usporedbi s 25 minuta ishemije nakon koje je slijedilo 30 minuta reperfuzije [26]. Naše je istraživanje pokazalo da se ova vrsta oksidiranog kardiolipina značajno povećava nakon 30 minuta in vivo ishemije bubrega štakora; međutim, smanjuje se gotovo do kontrolne razine nakon 60 minuta ishemije. Takva tendencija primijećena je kod drugih kardiolipinskih oksida koji su imali dodatnih četiri, pet, šest, sedam i osam atoma kisika. Pretpostavljamo da dulje vrijeme ishemije može potaknuti hidrolizu oksidiranog kardiolipina pomoću fosfolipaza u različite vrste lizokardiolipina i perokside linolne kiseline [42,43]. Doista, Smaalen et al. koristili su svinjski model kliničkog dizajna transplantacije bubrega sa subnormotermnom (28 ◦C) ishemijskom perfuzijom i pokazali da ishemija bubrega u svinja uzrokuje značajno povećanje monolizokardiolipina (trilinoleoil kardiolipina) [44]. Takvi monolizokardiolipini više nisu prikladni za indukciju zakrivljenosti unutarnje membrane mitohondrija, niti se povezuju s mitohondrijskim proteinima ili nativnim kardiolipinom, što uzrokuje smanjenje aktivnosti oksidativne fosforilacije i oslobađanja citokroma c [45]. Paradies i sur. su pokazali da je gubitak kardiolipina uzrokovao smanjenje aktivnosti kompleksa I, III i IV, koja je bila obnovljena egzogenim kardiolipinom, ali ne i monolizokardiolipinom ili oksidiranim kardiolipinom [11-13].

Ekstrakt cistanče

Zaključci

Ova studija pokazuje da sama ishemija bubrega in vivo uzrokuje tešku oksidaciju kardiolipina i smanjenje mitohondrija bubrega štakora. Potrebna su daljnja istraživanja za procjenu mogućih metabolita (poput monolizokardiolipina, slobodnih peroksida linolne kiseline i 4-hidroksinonenala) koji mogu nastati katabolizmom oksidiranog kardiolipina i sudjelovati u staničnoj signalizaciji koja može dovesti do smrti bubrežnih stanica. Dodatno, prevencija oksidacije i iscrpljivanja kardiolipina tijekom ishemije mogla bi zaštititi bubrege od povećanog oštećenja do kojeg dolazi tijekom reperfuzije.

Reference

1. Gohil, MV; Hayes, P.; Matsuyama, S.; Schägger, H.; Schlame, M.; Greenberg, LM Biosinteza kardiolipina i funkcija dišnog lanca mitohondrija međusobno su ovisne. J. Biol. Chem. 2004, 279, 42612–42618. [CrossRef] [PubMed]

2. Dudek, J. Uloga kardiolipina u mitohondrijskim signalnim putovima. Ispred. Cell Dev. Biol. 2017, 5, 1–17. [CrossRef]

3. Shen, Z.; Da, C.; McCain, K.; Greenberg, LM Uloga kardiolipina u kardiovaskularnom zdravlju. Biomed. Res. Int. 2015., 2015. [CrossRef] [PubMed]

4. Oemer, G.; Lackner, K.; Muigg, K.; Krumschnabel, G.; Watschinger, K.; Sailer, S.; Lindner, H.; Gnaiger, E.; Wortmann, SB; Werner, ER; et al. Molekularna strukturna raznolikost mitohondrijskih kardiolipina. Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 2018, 115, 4158–4163. [CrossRef] [PubMed]

5. Bradley, RM; Stark, KD; Duncan, RE Utjecaj tkiva, prehrane i enzimskog preoblikovanja na kardiolipinski masni acil profil. Mol. Nutr. Food Res. 2016, 60, 1804–1818. [CrossRef]

6. Shilovsky, GA; Putjatina, TS; Ašapkin, V.; Yamskova, OV; Lyubetsky, V.; Sorokina, EV; Shram, SI; Markov, AV; Vyssokikh, MY Biološka raznolikost i remodeliranje kardiolipina u oksidativnom stresu i patologijama povezanim sa starenjem. Biokemija 2019, 84, 1469–1483. [CrossRef]

7. Sathappa, M.; Alder, NN Ionizacijska svojstva kardiolipina i njegovih inačica u dvoslojevima modela. Biochim. Biophys. Acta 2016, 1858, 1362–1372. [CrossRef]

9. Raja, V.; Greenberg, LM Funkcije kardiolipina u staničnom metabolizmu - potencijalni modifikatori fenotipa Barthovog sindroma. Chem. Phys. Lipidi. 2014, 179, 49–56. [CrossRef]

9. Maguire, JJ; Tyurina, Y.; Mohammadyani, D.; Kapralov, O.; Anthonymuthu, TS; Qu, F.; Amoscato, A.; Sparvero, LJ; Tyurin, V.; Planas-Iglesias, J.; et al. Poznate nepoznanice kardiolipinskog signaliziranja: najbolje tek dolazi. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Mol. Cell Biol. Lipidi 2017, 1862, 8–24. [CrossRef]

10. Paradies, G.; Paradies, V.; De Benedictis, V.; Ruggiero, FM; Petrosillo, G. Funkcionalna uloga kardiolipina u bioenergetici mitohondrija. Biochim. Biophys. Acta–Bioenerg. 2014, 1837, 408–417. [CrossRef]

11. Paradies, G.; Petrosillo, G.; Pistolese, M.; Di Venosa, N.; Serena, D.; Ruggiero, FM Peroksidacija lipida i promjene oksidativnog metabolizma u mitohondrijima izoliranim iz srca štakora podvrgnutog ishemiji i reperfuziji. Slobodan Radić. Biol Med. 1999, 27, 42–50. [CrossRef]

12. Paradies, G.; Petrosillo, G.; Pistolese, M.; Di Venosa, N.; Federici, A.; Ruggiero, FM Smanjenje aktivnosti mitohondrijskog kompleksa I u ishemijskom/reperfuziranom srcu štakora: uključenost reaktivnih vrsta kisika i kardiolipina. Circ. Res. 2004., 94, 53–59. [CrossRef] [PubMed]

13. Petrosillo, G.; Ruggiero, FM; Di Venosa, N.; Paradies, G. Smanjena aktivnost kompleksa III u mitohondrijima izoliranima iz srca štakora podvrgnutog ishemiji i reperfuziji: uloga reaktivnih vrsta kisika i kardiolipina. FASEB J. 2003, 17, 714–716. [CrossRef] [PubMed]

14. Schwall, CT; Greenwood, VL; Adler, NN Stabilnost i aktivnost respiratornog kompleksa II ovisi o kardiolipinu. Biochim. Biophys. Acta 2012, 1817, 1588–1596. [CrossRef] [PubMed]

15. Šiljci, TE; Montgomery, MG; Walker, JE Struktura dimerne ATP sintaze iz goveđih mitohondrija. Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 2020, 117, 23519–23526. [CrossRef]

16. Claypool, SM; Oktay, Y.; Boontheung, P.; Loo, JA; Koehler, CM Kardiolipin definira interaktom glavnog proteina nosača ADP/ATP unutarnje membrane mitohondrija. J. Cell. Biol. 2008, 182, 937–950. [CrossRef]

17. Ishimoto, Y.; Inagi, R. Mitohondrije: Terapeutski cilj kod akutne ozljede bubrega. Nefrol. Biraj. Presaditi. 2015, 31, 1062–1069. [CrossRef]

18. Paradies, G.; Paradies, V.; Ruggiero, FM; Petrosillo, G. Kardiolipinske promjene i mitohondrijska disfunkcija u ishemiji/reperfuzijskoj ozljedi srca. Clin. Lipidol. 2015, 10, 415–429. [CrossRef]

19. Allen, ME; Pennington, ER; Perry, JB; Dadoo, S.; Makrecka-Kuka, M.; Dambrova, M.; Moukdar, F.; Patel, HD; Han, X.; Kidd, G.; et al. Peptid elamipretid koji veže kardiolipin ublažava fragmentaciju mreža krista nakon reperfuzije srčane ishemije u štakora. Komun. Biol. 2020, 3, 1–12. [CrossRef]

21. Falabella, M.; Vernon, HJ; Hanna, MG; Claypool, SM; Pitceathly, RDS kardiolipin, mitohondriji i neurološke bolesti. Trends Endocrinol. Metab. 2021, 32, 224–237. [CrossRef]

21. Paradies, G.; Paradies, V.; Ruggiero, FM; Petrosillo, G. Mitohondrijska bioenergetika i kardiolipinske promjene u ishemijsko-reperfuzijskoj ozljedi miokarda: Implikacije za farmakološku kardioprotekciju. Am. J. Physiol.–Heart Circ. Physiol. 2018, 315, H1341-H1352. [CrossRef] [PubMed]

23. Vähäheikkilä, M.; Peltomaa, T.; Róg, T.; Vazdar, M.; Pöyry, S.; Vattulainen, I. Kako peroksidacija kardiolipina mijenja svojstva unutarnje mitohondrijske membrane? Chem. Phys. Lipidi. 2018, 214, 15–23. [CrossRef]

24. Zorov, DB; Juhaszova, M.; Sollott, SJ Mitohondrijske reaktivne vrste kisika (ROS) i otpuštanje ROS-a izazvano ROS-om. Physiol. Rev. 2014, 94, 909–950. [CrossRef] [PubMed]

24. Jassem, W.; Fuggle, SV; Rela, M.; Koo, DDH; Heaton, ND Uloga mitohondrija u ishemiji/reperfuzijskoj ozljedi. Transplantacija 2002, 73, 493–499. [CrossRef]

25. Lesnefsky, EJ; Slabe, TJ; Stoll, MSK; Minkler, PE; Hoppel, CL Ishemija miokarda selektivno smanjuje kardiolipin u subsarkolemalnim mitohondrijima zečjeg srca. Am. J. Physiol.–Heart Circ. Physiol. 2001, 280, 2770–2778. [CrossRef] [PubMed]

26. Lesnefsky, EJ; Minkler, P.; Hoppel, CL Poboljšana modifikacija kardiolipina tijekom ishemije u ostarjelom srcu. J. Mol. Cell Cardiol. 2009, 46, 1008–1015. [CrossRef] [PubMed]

27. Folch, J.; Lees, M.; Sloane Stanley, G. Jednostavna metoda za izolaciju i pročišćavanje ukupnih lipida iz životinjskih tkiva. J. Biol. Chem. 1957, 226, 497–509. [CrossRef]

28. Kagan, VE; Tyurin, VA; Jiang, J.; Tyurina, YY; Ritov, VB; Amoscato, AA; Osipov, AN; Belikova, NA; Kapralov, O.; Kini, V.; et al. Citokrom C djeluje kao kardiolipin oksigenaza potrebna za otpuštanje proapoptotskih čimbenika. Nat. Chem. Biol. 2005., 1, 223–232. [CrossRef] [PubMed]

29. Tyurina, YY; Kini, V.; Tyurin, VA; Vlasova, II; Jiang, J.; Kapralov, AA; Belikova, NA; Yalowich, JC; Kurnikov, IV; Kagan, VE Mehanizmi oksidacije kardiolipina citokromom: značaj za pro- i antiapoptotičke funkcije etopozida. Mol. Pharmacol. 2006, 70, 706–717. [CrossRef] [PubMed]

30. Kim, J.; Minkler, PE; Salomon, RG; Anderson, VE; Hoppel, CL Kardiolipin: Karakterizacija različitih oksidiranih molekularnih vrsta. J. Lipid Res. 2011, 52, 125–135. [CrossRef] [PubMed]

31. Choi, J.; Yin, T.; Shinozaki, K.; Lampe, JW; Stevens, JF; Becker, LB; Kim, J. Sveobuhvatna analiza fosfolipida u mozgu, srcu, bubrezima i jetri: moždani fosfolipidi najmanje su obogaćeni polinezasićenim masnim kiselinama. Mol. Ćelija. Biochem. 2017., 442, 187–201. [CrossRef] [PubMed]

32. Zhou, T.; Prather, ER; Garrison, DE; Zuo, L. Interplay između ROS i antioksidansa tijekom ishemije-reperfuzijske ozljede u srčanom i skeletnom mišiću. Int. J. Mol. Sci. 2018, 19, 417. [CrossRef] [PubMed]

33. Petrosillo, G.; Di Venosa, N.; Ruggiero, F.; Pistolese, M.; D0 Agostino, D.; Tiravanti, E.; Fiore, T.; Paradies, G. Mitohondrijska disfunkcija povezana sa srčanom ishemijom/reperfuzijom može se ublažiti kontrolom napetosti kisika. Uloga bezkisikovih radikala i kardiolipina. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1710, 78–86. [CrossRef] [PubMed]

34. Raedschelders, K.; Ansley, DM; Chen, DDY Stanično i molekularno podrijetlo stvaranja reaktivnih kisikovih vrsta tijekom miokardijalne ishemije i reperfuzije. Pharmacol. Ther. 2012, 133, 230–255. [CrossRef]

35. Yin, H.; Zhu, M. Slobodna radikalna oksidacija kardiolipina: Kemijski mehanizmi, detekcija i implikacija u apoptozi, mitohondrijskoj disfunkciji i ljudskim bolestima. Slobodan Radić. Res. 2012, 46, 959–974. [CrossRef]

36. Aluri, H.; Simpson, D.; Allegood, JC; Hu, Y.; Szczepanek, K.; Gronert, S.; Chen, Q.; Lesnefsky, EJ Elektronski tok u citokrom c povezan s reaktivnim kisikovim vrstama iz transportnog lanca elektrona pretvara citokrom c u kardiolipin peroksidazu: uloga tijekom ishemije-reperfuzije. Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Gen. Subj. 2014, 1840, 3199–3207. [CrossRef] [PubMed]

38. Helmer, PO; Behrens, A.; Rudt, E.; Karst, U.; Hayen, H. Hidroperoksilirani vs hidroksilirani lipidi: Diferencijacija produkata izomerne oksidacije kardiolipina tehnikama višedimenzionalne separacije. analno Chem. 2020, 92, 12010–12016. [CrossRef] [PubMed]

38. Chen, Q.; Lesnefsky, EJ Deplecija kardiolipina i citokroma c tijekom ishemije povećava proizvodnju vodikovog peroksida iz transportnog lanca elektrona. Slobodan Radić. Biol. Med. 2006, 40, 976–982. [CrossRef] [PubMed]

40. Baniene, R.; Trumbeckas, D.; Kincius, M.; Pauziene, N.; Raudone, L.; Jievaltas, M.; Trumbeckaite, S. Kratka ishemija izaziva disfunkciju mitohondrija bubrega štakora. J. Bioenerg. Biomembr. 2016, 48, 77–85. [CrossRef]

40. Kim, J.; Lampe, JW; Yin, T.; Shinozaki, K.; Becker, LB Fosfolipidne promjene u mozgu i srcu u štakorskom modelu srčanog zastoja izazvanog asfiksijom i reanimacije kardiopulmonalne premosnice. Mol. Cell Biochem. 2015, 408, 273–281. [CrossRef] [PubMed]

42. Liu, S.; Soong, Y.; Seshan, SV; Szeto, HH Nova kardiolipinska terapija štiti endotelne mitohondrije tijekom bubrežne ishemije i ublažava mikrovaskularno razrjeđivanje, upalu i fibrozu. Am. J. Physiol–Ren. Physiol. 2014, 306, 970–980. [CrossRef] [PubMed]

42. Buland, JR; Wasserloos, KJ; Tyurin, V.; Tyurina, Y.; Amoscato, A.; Mallampalli, RK; Chen, BB; Zhao, J.; Zhao, Y.; Ofori-Acquah, S.; et al. Biosinteza oksidiranih lipidnih medijatora preko lipoprotein-povezane fosfolipaze A2 hidrolize izvanstaničnog kardiolipina izaziva endotelnu toksičnost. Am. J. Physiol. Ćelija. Mol. Physiol. 2016, 311, L303-L316. [CrossRef] [PubMed]

43. Pr ˚uchová, P.; Gotvaldová, K.; Smolková, K.; Alán, L.; Holendová, B.; Tauber, J.; Galkin, A.; Ježek, P.; Jab ˚urek, M. Antioksidativna uloga i remodeliranje kardiolipina redoks-aktiviranom mitohondrijskom Ca2 plus -neovisnom fosfolipazom A2 u mozgu. Antioksidansi 2022, 11, 198. [CrossRef] [PubMed]

44. van Smaalen, TC; Ellis, SR; Mascini, NE; Siegel, TP; Cillero-Pastor, B.; Hillen, LM; van Heurn, LE; Peutz-Kootstra, CJ; Heeren, RMA Brza identifikacija ishemijske ozljede u bubrežnom tkivu pomoću masovne spektrometrije. analno Chem. 2019, 91, 3575–3581. [CrossRef] [PubMed]

45. Duncan, AL Interakcije monolizokardiolipina (MLCL) s proteinima mitohondrijske membrane. Biochem. Soc. Trans. 2020, 48, 993–1004. [CrossRef] [PubMed]

Arvydas Strazdauskas 1,2, Sonata Trumbeckaite 1,3, Valdas Jakstas 3,4 , Justina Kamarauskaite 3,4 , Liudas Ivanauskas 5 i Rasa Baniene 1,2

1 Laboratorij za biokemiju, Institut za neuroznanost, Litvansko sveučilište zdravstvenih znanosti, LT-50162 Kaunas, Litva; sonata.trumbeckaite@lsmuni.lt (ST); rasa.baniene@lsmuni.lt (RB)

2 Odjel za biokemiju, Medicinska akademija, Litvansko sveučilište zdravstvenih znanosti, LT-50161 Kaunas, Litva

3 Odjel za farmakognoziju, Medicinska akademija, Litvansko sveučilište zdravstvenih znanosti, LT-50162 Kaunas, Litva; valdas.jakstas@lsmuni.lt (VJ); justina.kamarauskaite@lsmu.lt (JK)

4 Laboratorij za biofarmaceutska istraživanja, Institut za farmaceutske tehnologije, Litvansko sveučilište zdravstvenih znanosti, LT-50162 Kaunas, Litva

5 Odjel za analitičku i toksikološku kemiju, Medicinska akademija, Litvansko sveučilište zdravstvenih znanosti, LT-50162 Kaunas, Litva; liudas.ivanauskas@lsmuni.lt