БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 3, с. 508-514
== БИОФИЗИКА СЛОЖНЫX СИCТЕМ =
УДК 542.957:547.7:547.854:547.857:615.27.3
П P ОТИВООПУХОЛЕВАЯ АКТИВНО СТЬ ДИНИТР ОЗИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗА С ГЛУТАТИОНОМ
© 2014 г. А.Ф. Ванин, Л.А. Островская*, Д.Б. Корман*, P.P. Бородулин, Л.Н. Кубрина, М .М. Фомина*, Н .В. Блюхтерова*, В.А. Р ыкова*
ФГУП Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН, 119991, Москва, ул. Косыгина, 4; *ФГУП Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4
Е mail: vanin@polymer.сНрН.ras.ru, larros@list.ru Поступила в p едакцию 25.03.14 г.
Обнаружено противоопухолевое дозо-зависимое действие биядерной фоpмы динитрозильных комплексов железа с глутатионом в отношении солидной опухоли мышей - кар циномы легких Льюис - пр и внутр ибр юшинном десятикр атном введении пр епа р ата в р азовых доза х 21; 42; 105 мг/кг. П р отивоопухолевая активность этих комплексов в о сновном пр оявлялась в тор мо-жении р о ста опухоли на 60-80% по ср авнению с контр олем, изменяясь в зависимости от дозы пр епар ата и ср оков оценки эффекта. Ро стингибирующее действие комплекса пр и пр и-менении в дозах 21 и 42 мг/кг было наиболее выр аженным на пр отяжении семи суток после пер евивки опухоли. В более поздние ср оки скор о сти ро ста опухолей у леченных и контр ольных животных пр актически совпадали, что, возможно, было обусловлено фор мир ованием анти-нитр озативной защиты и выживанием после воздействия указанных доз пр епар ата части опухолевых клеток. Предполагается, что сформированная антинитрозативная защита в опухолевых клетках может быть повр еждена пр и использовании динитр озольных комплексов железа в более высоких дозах, о чем свидетельствуют результаты опытов с применением комплекса в наибольшей из исследовавшихся доз - 105 мг/кг, вызывавшей торможение опухолевого р о ста на 66% спустя 16 суток после пер евивки опухоли.
Ключевые слова: динитрозильные комплексы железа, карцинома легких Льюис, монооксид азота.
В настоящее вр емя установлено, что водо -р а створ имые биядер ные и моноядер ные динит-р озильные комплексы железа (Б - и М-ДНКЖ) с природными тиолсодержащими лигандами (Я Б) - глутатионом или цистеином (формулы соответственно [(Я8)2Ре2(]ЧО)4] и [(Я8)2Ре(]ЧО)2]) оказывают на различные физиологические и биохимические пр оцессы как позитивное, р егу-ляторное, так и негативное, цитотоксическое действие [1,2]. Регуляторная активность этих комплексов опр еделяется наличием химического равновесия между комплексами и составляющими их компонентами, обеспечивающего появление в среде молекул ] О и ионов нит-розония (N0+) в соответствии с приведенным в работах [3-5] распределением электронной плотности в функционально активных в этих комплексах Бе(]0)2 фрагментах (схема 1).
Аналогичное соотношение хар актер но и для М-ДНКЖ.
C окр ащения: Б - и М-ДНКЖ - биядер ные и моноядер ные динитрозильные комплексы железа, RS-NO - S-нитр озо-тиолы, ЭМИ - эндометриоидные, ТРО - коэффициент тор можения р о ста опухоли.
[(К8_)2Ре+(Ж)+)4] « 2¥е2+ + 2Ш + 2М)+ + 2Ы8" Схема 1
Как следует из схемы 1, железо в ДНКЖ хар актер изуется электр онной конфигур ацией ё7 (Бе+), а нитрозильные лиганды представлены в фо р ме ионов нитр озония. П р и установлении химического равновесия железо приобретает электр онную конфигур ацию ё6 (Бе2+), пер едавая электр он на один из нитр озильных лигандов, высвобождающийся из ДНКЖ в фор ме ней-тр альной молекулы N0. Другой нитр озильный лиганд высвобождается в фор ме иона нитр о -зония, образующего с ионизованной молекулой тиола низкомолекулярный Б-нитрозотиол (ЯБ-N0). П р и наличии в ср еде гемопр отеинов N0 связывается с гемовой группой последних с обр азованием нитр озильных комплексов гемопр отеинов. Что касается N0+, этот ион может связываться не только с низкомолекулярными, но и с белок-связанными тиолами с образованием соответствующих RS-N0. В качестве биологической мишени действия ДНКЖ, как до -
нор а N0, может выступать регулятор ный гем-содер жащий белок - гуанилатциклаза. Что касается N0+, этот анион может акцептир оваться р азличными тиолсодер жащими белками, Б-нит-р озир ование котор ы х может изменять их функциональные свойства, что и обеспечивает регулятор ное действие ДНКЖ как доно р а N0+.
Следует отметить, что при нейтральных, «физиологических» значениях р Н ДНКЖ пр ед -ставлены пр имущественно в фо р ме Б -ДНКЖ. Этот комплекс, о собенно Б-ДНКЖ с глутатио-ном, чр езвычайно стабилен. Он со хр аняется в водном р аствор е на воздухе пр и нейтр альных рН (и даже в сильно кислой среде) в течение нескольких дней [5]. Поэтому для функционирования Б-ДНКЖ в качестве регулятора биологических пр оцессов как донор а N0 и N0+ необходимо понижать его стабильность. Во внутр иклеточной ср еде это о слабление может до стигаться воздействием на этот комплекс р аз-личных эндогенных соединений, способных связываться с железом (хелаторов железа). При этом такое воздействие не должно сопровождаться р а спадом ДНКЖ, иначе высвобождающиеся из них N0 и N0+ могут «не дойти» до мишеней их биологического действия и тем самым регулято р ное действие ДНКЖ не будет иметь места. П р и быстр ом р аспаде этих комплексов под действием сильных хелато р ов железа появление в клетках и тканях N0 и N0+ в высокой концентр ации будет обеспечивать уже не регулято р ное, а цитотоксическое дейст -вие [6]. Последнее будет опр еделяться пр евр а -щением N0 в реакции с супер оксидом в чр езвычайно цитотоксическое соединение - перок-синитр ит ^N000, пр одуцирующий по сле пр о -тонир ования радикал гидр оксида - сильнейший окислитель, в больших количествах легко пр е-одолевающий антиоксидантную защиту клеток и тканей.
Очевидно, что если усиленный р аспад ДНКЖ под действием эндогенных хелатор ов железа будет пр оисходить не избир ательно во всем организме, это может приводить только к негативным последствиям, вплоть до летального исхода. Последнего можно избежать, если высокоактивные хелато р ы железа будут пр оду-цироваться не во всех тканях и клетках, а только в некотор ых, нежелательных для о р га-низма, например в доброкачественных, а тем более в злокачественных опухолях. Такая возможность вполне реальна, если учесть, что эти быстр о пр олифер ир ирующие ткани могут пр о -дуцир овать такого р ода хелато р ы для обеспечения их железом, о стр о необходимым для развития растущих опухолей.
Действительно, пр оведенные в работах [7,8] исследования на животных с экспериментальным эндометриозом показали, что комплекс ДНКЖ с глутатионом спо собен полностью бло-кир овать р азвитие у этих животных добр окачественных эндометр иоидных опухолей - эндо -метр иоидных имплантов (ЭМИ) и о станавли-вать рост уже сформировавших ЭМИ. Этот эффект достигался пр и ежедневном в течение 10-12 дней внутрибрюшинном введении комплекса в суточной дозе 12 мкМ/кг крысам с экспер иментальным эндометр иозом. П р и этом какого-либо побочного действия на ткани, окружающие ЭМИ, не обнаруживалось. ДНКЖ избир ательно действовал только на эти опухоли [7,8]!
В связи с этим пр едставлялось целесообр аз-ным проверить, не оказывают ли ДНКЖ с глутатионом аналогичного действия на быстр о пр олифер ир ующие злокачественные опухоли, что и явило сь пр едметом наших исследований на модели солидной опухоли мышей - карциномы легких Льюис.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалы. При синтезе ДНКЖ с глутатионом использовали сер нокислое железо (FeSO47H2O) (Fluka, Швейцария), восстановленный глутатион и нитр ит натр ия (NaNO2) (Sigma, США).
Синтез Б-ДНКЖ c глутатионом. Б-ДНКЖ с глутатионом синтезир овали согласно описанному р анее «пр о стейшему» методу синтеза ДНКЖ с тиолсодер жащими лиганадами [9]. В о снове этого метода лежит спо собность S-нит-р озотиолов (RS-NO) в ступать в р еакцию с иона -ми Fe2+ с обр азованием пр и участии тиолов (RS-) соответствующих ДНКЖ. Механизм этого пр оцесса (на пр имер е М-ДНКЖ) пр иведен на схеме 2 [10,11]:
Схема 2
П р едполагается, что пр и пер ено се одного электр она от одной молекулы Я8-№0 в координационной сфер е железа на другую молекулу
(р еакция дисмутации) стабильность обоих Б-нитр озильных лигандов резко о слабляется, что пр иводит к выходу из них соответственно тиильного р адикала (ЯБ^) и отр ицательно за -ряженного тиола (ЯБ-) и обр азованию ДНКЖ (формула [(RS-)2Fe+(N0+)2]). Что касается тиильного р адикала и тиола, они обр азуют во с-становленный отр ицательно заряженный дисульфид (ЯБ-БЯ)^-, быстр о окисляющийся до нейтр ального дисульфида (ЯБ-БЯ). Пр и ней-тр альных значениях рН даже при наличии в среде значительного количества тиолов М-ДНКЖ предпочитает переходить в Б-ДНКЖ по схеме 3 [4]:
2[(К8_)2Ре+(Ж)+)2] => [(К8_)2Ре5(Ж)+)4] + 2Я8" Схема 3
В соответствии с этими представлениями синтез 5 мМ ра створ а Б-ДНКЖ с глутатионом пр оводили следующим обр азом. К 10 мл дис-тиллир ованной воды на воздухе добавляли 62 мг глутатиона (20 мМ), вызывавшего подкис-ление раствора до 4,0, с последующим введением в него 28 мг (10 мМ) сер нокислого железа, приводившего к дальнейшему снижению рН до 3,8. После этого в раствор добавляли 6,9 мг (10 мМ) нитр ита натр ия, что пр иводило к ро -зовому окр ашиванию р а створ а, обусловленного обр азованием Б-нитр озоглутатиона (0Б-М0). Согласно [12], этот процесс был обусловлен пр отонир ованием нитр ита с обр азованием азотистой кислоты, способной Б-нитрозировать глутатион по реакции:
.
Судя по интенсивности оптического погло -щения на 334, хар актер ного для 0Б-М0, реак -ция заканчивалась чер ез 1,5 ч с обр азованием 10 мМ этого соединения. После этого рН раствор а повышали до 7,2, что пр иводило к о р ан-жевому окр ашиванию раствор а, обусловленно -му начавшимся в соответствии со схемой 2 пр оцессом обр азования Б-ДНКЖ в р аствор е. Для полного пр евр ащения в Б-ДНКЖ
требовалось несколько часов. После удаления обр азовавшегося за это вр емя о садка гидр о -окиси тр ехвалентного железа полученный р аствор использовали в экспер иментах на животных.
Оценку полученного количества Б-ДНКЖ с глутатионом (мол. вес 846 Да) пр оводили оптическим методом по интенсивно сти
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.