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 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.

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

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).