Obtaining and optimizing the mass spectrometric determination of glutathione persulfide

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Glutathione persulfide (GSSH) is an important cell metabolite involved in redox regulation and a potential therapeutic agent. Due to the instability and lack of commercial GSSH standards, an urgent task is to develop methods for its in situ generation and quantification in various test systems. The paper optimizes the conditions for obtaining GSSH in the reaction of oxidized glutathione with sodium sulfide with the aid of fluorescent monitoring of released hydrogen sulfide. The reaction was performed in the presence of an excess of N-ethylmaleimide to derivatize the generated GSSH and reduced glutathione (GSH) in similar amounts of both derivatives. A technique for determining GSSH by the level of GSH in a model reaction by HPLC-mass spectrometry in the multiple reactions monitoring mode is described. The contribution of the GSH impurity in the oxidized glutathione solution to the determined amount of GSSH as well as the detection limit of GSSH in the reaction mixture have been established. The results are of interest for the preparation and mass spectrometric analysis of biologically significant persulfides using various derivatizing agents.

About the authors

R. A. Ishkaeva

Kazan Federal University

Author for correspondence.
Email: r.a.ishkaeva@gmail.com

Institute of Fundamental Medicine and Biology; Scientific and Educational Center of Pharmaceutics

Russian Federation, Kazan

L. V. Lopukhov

Kazan Federal University

Email: r.a.ishkaeva@gmail.com

Institute of Fundamental Medicine and Biology

Russian Federation, Kazan

I. S. Nizamov

Kazan Federal University

Email: r.a.ishkaeva@gmail.com

Butlerov Institute of Chemistry

Russian Federation, Kazan

Т. I. Abdullin

Kazan Federal University

Email: r.a.ishkaeva@gmail.com

Institute of Fundamental Medicine and Biology; Scientific and Educational Center of Pharmaceutics

Russian Federation, Kazan

References

  1. Калинина Е.В., Гаврилюк Л.А. Синтез глутатиона в опухолевых клетках // Биохимия. 2020. Т. 85. № 8. С. 1051. https://doi.org/10.31857/S0320972520080059 (Kalinina E.V., Gavriliuk L.A. Glutathione synthesis in cancer cells // Biochemistry (Moscow). 2020. V. 85. № 8. P. 895. https://doi.org/10.1134/S0006297920080052)
  2. Kalinina E., Novichkova M. Glutathione in protein redox modulation through S-glutathionylation and S-nitrosylation // Molecules. 2021. V. 26. № 2. Article 435. https://doi.org/10.3390/molecules26020435
  3. Noguchi N., Saito Y., Niki E. Actions of thiols, persulfides, and polysulfides as free radical scavenging antioxidants // Antioxid. Redox Signal. 2023. V. 39. № 10–12. P. 728. https://doi.org/10.1089/ars.2022.0191
  4. Benchoam D., Cuevasanta E., Möller M.N., Alvarez B. Hydrogen sulfide and persulfides oxidation by biologically relevant oxidizing species // Antioxidants. 2019. V. 8. № 2. Article 48. https://doi.org/10.3390/antiox8020048
  5. Iciek M., Bilska-Wilkosz A., Kozdrowicki M., Górny M. Reactive sulfur species and their significance in health and disease // Biosci. Rep. 2022. V. 42. № 9. Article BSR20221006. https://doi.org/10.1042/BSR20221006
  6. Vašková J., Kočan L., Vaško L., Perjési P. Glutathione-related enzymes and proteins: A review // Molecules. 2023. V. 28. № 3. Article 1447. https://doi.org/10.3390/molecules28031447
  7. Fukuto J.M., Hobbs A.J. A comparison of the chemical biology of hydropersulfides (RSSH) with other protective biological antioxidants and nucleophiles // Nitric Oxide. 2021. V. 107. P. 46. https://doi.org/10.1016/j.niox.2020.11.004
  8. Takata T., Jung M., Matsunaga T., Ida T., Morita M., Motohashi H., et al. Methods in sulfide and persulfide research // Nitric Oxide. 2021. V. 116. P. 47. https://doi.org/10.1016/j.niox.2021.09.002
  9. Zhou B., Xiao J.F., Tuli L., Ressom H.W. LC-MS-based metabolomics // Mol. BioSyst. 2012. V. 8. № 2. P. 470. https://doi.org/10.1039/C1MB05350G
  10. Ida T., Sawa T., Ihara H., Tsuchiya Y., Watanabe Y., Kumagai Y., et al. Reactive cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S.A. 2014. V. 111. № 21. P. 7606. https://doi.org/10.1073/pnas.1321232111
  11. Kasamatsu S., Owaki T., Komae S., Kinno A., Ida T., Akaike T., Ihara H. Untargeted polysulfide omics analysis of alternations in polysulfide production during the germination of broccoli sprouts // Redox Biol. 2023. V. 67. Article 102875. https://doi.org/10.1016/j.redox.2023.102875
  12. Sutton T.R., Minnion M., Barbarino F., Koster G., Fernandez B.O., Cumpstey A.F., et al. A robust and versatile mass spectrometry platform for comprehensive assessment of the thiol redox metabolome // Redox Biol. 2018. V. 16. P. 359. https://doi.org/10.1016/j.redox.2018.02.012
  13. Bailey T.S., Zakharov L.N., Pluth M.D. Understanding hydrogen sulfide storage: Probing conditions for sulfide release from hydrodisulfides // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136. № 30. P. 10573. https://doi.org/10.1021/ja505371z
  14. Lin V.S., Lippert A.R., Chang C.J. Cell-trappable fluorescent probes for endogenous hydrogen sulfide signaling and imaging H2O2-dependent H2S production // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S.A. 2013. V. 110. № 18. P. 7131. https://doi.org/10.1073/pnas.1302193110
  15. Sitdikova G.F., Fuchs R., Kainz V., Weiger T.M., Hermann A. Phosphorylation of BK channels modulates the sensitivity to hydrogen sulfide (H2S) // Front. Physiol. 2014. V. 5. Article 431. https://doi.org/10.3389/fphys.2014.00431
  16. Pan J., Carroll K.S. Persulfide reactivity in the detection of protein S-sulfhydration // ACS Chem. Biol. 2013. V. 8. № 6. P. 1110. https://doi.org/10.1021/cb4001052
  17. Benchoam D., Semelak J.A., Cuevasanta E., Mastrogiovanni M., Grassano J.S., Ferrer-Sueta G., et al. Acidity and nucleophilic reactivity of glutathione persulfide // J. Biol. Chem. 2020. V. 295. № 46. P. 15466. https://doi.org/10.1074/jbc.RA120.014728
  18. Francoleon N., Carrington S., Fukuto J. The reaction of H2S with oxidized thiols: Generation of persulfides and implications to H2S biology // Arch. Biochem. Biophys. 2011. V. 516. № 2. P. 146. https://doi.org/10.1016/j.abb.2011.09.015
  19. Sun X., Berger R.S., Heinrich P., Marchiq I., Pouyssegur J., Renner K., et al. Optimized protocol for the in situ derivatization of glutathione with N-ethylmaleimide in cultured cells and the simultaneous determination of glutathione/glutathione disulfide ratio by HPLC-UV-QTOF-MS // Metabolites. 2020. V. 10. № 7. Article 292. https://doi.org/10.3390/metabo10070292
  20. Thakur S.S., Balaram P. Fragmentation of peptide disulfides under conditions of negative ion mass spectrometry: Studies of oxidized glutathione and contryphan // J. Am. Sos. Mass Spectrom. 2008. V. 19. № 3. P. 358. https://doi.org/10.1016/j.jasms.2007.12.005
  21. Yu B., Yang X., Yuan Z., Wang B. Prodrugs of sulfide and persulfide species: Implications in their different pharmacological activities // Curr. Opin. Chem. Biol. 2023. V. 75. Article 102329. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2023.102329

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».