Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54216 БИООРГАНИЧЕСКАЯ, БИОФИЗИЧЕСКАЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ХИМИЯ BIOORGANIC, BIOPHYSICAL AND MEDICINAL CHEMISTRY БИООРГАНИЧЕСКАЯ, БИОФИЗИЧЕСКАЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ХИМИЯ Photomodulation effect of low-dose blue light on mitochondrial activity of retinal pigment epithelium Фотомодуляция митохондриальной активности ретинального пигментного эпителия низкодозовым светом синего диапазона Зак П П Zak P P pavelzak@mail.ru Донцов А Е Dontsov A E Сережникова Н Б Sereznikova N B Погодина Л С Pogodina L S Трофимова Н Н Trofimova N N Гурьева Т С Gurieva T S Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics RAS; Moscow State University ru Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru Moscow State University ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru ФГБУН ГНЦ Институт медико-биологических проблем РАН ru Institute of Medical and Biological Problems RAS ru 25 06 2017 25 06 2017 2 1 454 457 20 06 2017 20 06 2017 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54216/view

Изучено действие низкодозового светодиодного облучения синим светом (450-460 нм, 0,01-1 Дж/см2) на клетки ретинального пигментного эпителия (РПЭ) японского перепела Coturnix japonica. С помощью биохимических методов исследования показано, что такое облучение приводит к возрастанию митохондриального мембранного потенциала клеток РПЭ, а также вызывает повышение их метаболической и антиоксидантной активности. В дополнение к этому, методами электронной микроскопии и морфометрического анализа выявлено увеличение численности и удельного объема митохондрий в клетках РПЭ в ответ на синее освещение. В целом, полученные данные свидетельствуют об активирующем действии низкодозового синего света на жизнедеятельность клеток РПЭ (прежде всего на их митохондриальную активность) и открывают перспективы использования слабого синего света как фотомодулятора клеточных процессов в терпевтической офтальмологической практике.

We investigated the effect of low-dose blue LED irradiation (450-460 nm, 0.01-1 J / cm2) on the retinal pigment epithelium (RPE) cells of Japanese quail Coturnix japonica . In biochemical experiments it was shown that such light exposure promoted mitochondrial activity of RPE cells as well as increased their overall metabolic and antioxidant activity. In addition, electron microscopy and morphometric analysis revealed the increase in the number and the specific volume of RPE mitochondria in response to the blue light. So, our data indicate that low-dose blue light has activation effect on the RPE metabolism (especially on their mitochondrial activity) and open prospects for the future use of weak blue light for photomodulation of cellular processes in therapeutic ophthalmology.

 синий свет ретинальный пигментный эпителий митохондрии метаболическая активность антиоксидантная активность электронная микроскопия blue light retinal pigment epithelium mitochondria metabolic activity antioxidant activity electron microscopy

Векшин Н.Л. Светозависимое фосфорилирование в митохондриях. Молекулярная биология, 1991, т. 25, № 1, c. 54-59. [Vekshin N.L. Light-dependent phosphorylation in the mitochondria. Molecular biology, 1991, vol. 25, no. 1, pp. 54-59. (In Russ.)] Vekshin N.L. Svetozavisimoe fosforilirovanie v mitohondriyah. Molekulyarnaya biologiya, 1991, t. 25, № 1, c. 54-59. [Vekshin N.L. Light-dependent phosphorylation in the mitochondria. Molecular biology, 1991, vol. 25, no. 1, pp. 54-59. (In Russ.)] Копаев С.Ю. Клинико-экспериментальное обоснование комбинированного использования неодимового ИАГ 1,44 мкм и гелий-неонового 0,63 мкм лазеров в хирургии катаракты. Дисс. … д-ра наук. Москва, 2014. [Kopaev S.Y. Clinical and experimental study of the combined use of a neodymium YAG of 1.44 microns and a helium-neon 0,63 µm lasers in cataract surgery. Doctoral thesis. Moscow. 2014. (In Russ.)] Kopaev S.Yu. Kliniko-eksperimental'noe obosnovanie kombinirovannogo ispol'zovaniya neodimovogo IAG 1,44 mkm i geliy-neonovogo 0,63 mkm lazerov v hirurgii katarakty. Diss. … d-ra nauk. Moskva, 2014. [Kopaev S.Y. Clinical and experimental study of the combined use of a neodymium YAG of 1.44 microns and a helium-neon 0,63 µm lasers in cataract surgery. Doctoral thesis. Moscow. 2014. (In Russ.)] Кару Т.Й. Универсальный клеточный механизм лазерной биостимуляции: фотоактивация фермента дыхательной цепи цитохром-с-оксидазы. Современные лазерно-информационные и лазерные технологии: сб. трудов ИПЛИТ РАН. М: Интерконтакт Наука, 2005, c. 131-143. [Karu T.Y. Modern laser-information and laser technologies: collected works of IPLIT RAN. M: Interkontakt Nauka, 2005, pp. 131-143. (In Russ.)] Karu T.Y. Universal'nyy kletochnyy mehanizm lazernoy biostimulyacii: fotoaktivaciya fermenta dyhatel'noy cepi citohrom-s-oksidazy. Sovremennye lazerno-informacionnye i lazernye tehnologii: sb. trudov IPLIT RAN. M: Interkontakt Nauka, 2005, c. 131-143. [Karu T.Y. Modern laser-information and laser technologies: collected works of IPLIT RAN. M: Interkontakt Nauka, 2005, pp. 131-143. (In Russ.)] Passarella S., Karu T. Absorption of monochromatic and narrow band radiation in the visible and near IR by both mitochondrial and non-mitochondrial photoacceptors results in photobiomodulation. Photochem. Photobiol., 2014, vol. 140, pp. 344-358. Passarella S., Karu T. Absorption of monochromatic and narrow band radiation in the visible and near IR by both mitochondrial and non-mitochondrial photoacceptors results in photobiomodulation. Photochem. Photobiol., 2014, vol. 140, pp. 344-358. Van Norren D., Gorgels T.G. The action spectrum of photochemical to the retina: a review of monochromatical threshold data. Photochem. Photobiol., 2011, vol. 87, pp. 747-753. Van Norren D., Gorgels T.G. The action spectrum of photochemical to the retina: a review of monochromatical threshold data. Photochem. Photobiol., 2011, vol. 87, pp. 747-753. Boulton М., Dontsov A., Ostrovsky M., Jarvis-Evans J., Svistunenko D. Lipofuscin is a photoinducible free radical generator. Photochem. Photobiol., 1993, vol. 19, pp. 201-204. Boulton M., Dontsov A., Ostrovsky M., Jarvis-Evans J., Svistunenko D. Lipofuscin is a photoinducible free radical generator. Photochem. Photobiol., 1993, vol. 19, pp. 201-204. Cai S.J., Yan M., Mao Y.Q., Zhou Y. [et al.] Relationship between blue light-induced apoptosis and mitochondrial membrane potential and cytochrome C in cultured human retinal pigment epithelium cells. Zhonghua Yan Ke Za Zhi., 2006, vol. 42, no. 12, pp. 1095-1102. Cai S.J., Yan M., Mao Y.Q., Zhou Y. [et al.] Relationship between blue light-induced apoptosis and mitochondrial membrane potential and cytochrome C in cultured human retinal pigment epithelium cells. Zhonghua Yan Ke Za Zhi., 2006, vol. 42, no. 12, pp. 1095-1102. Buravlev E.A., Zhidkova T.V., Osipov A.N., Vladimirov Y.A. Are the mitochondrial respiratory complexes blocked by NO the targets for the laser and LED therapy? Lasers Med. Sci. 2015, vol. 30, no. 1, pp. 173-180. Buravlev E.A., Zhidkova T.V., Osipov A.N., Vladimirov Y.A. Are the mitochondrial respiratory complexes blocked by NO the targets for the laser and LED therapy? Lasers Med. Sci. 2015, vol. 30, no. 1, pp. 173-180. Strauss O. The retinal pigment epithelium in visual function. Physiol. Rev., 2005, vol. 85, pp. 845-881. Strauss O. The retinal pigment epithelium in visual function. Physiol. Rev., 2005, vol. 85, pp. 845-881. Зак П.П., Сережникова Н.Б., Погодина Л.С., Трофимова Н.Н., Гурьева Т.С., Дадашева О.А. Фотоиндуцированные изменения субклеточных структур ретинального пигментного эпителия перепела Сoturnix japonica. Биохимия, 2015, т. 80, № 6, с. 931-936. [Zak P.P., Serezhnikova N.B., Pogodina L.S., Trofimova N.N., Gur'eva T.S., Dadasheva O.A. Biochemistry (Mosc), 2015, vol. 80, no. 6, pp. 931-936. (In Russ.)] Zak P.P., Serezhnikova N.B., Pogodina L.S., Trofimova N.N., Gur'eva T.S., Dadasheva O.A. Fotoinducirovannye izmeneniya subkletochnyh struktur retinal'nogo pigmentnogo epiteliya perepela Soturnix japonica. Biohimiya, 2015, t. 80, № 6, s. 931-936. [Zak P.P., Serezhnikova N.B., Pogodina L.S., Trofimova N.N., Gur'eva T.S., Dadasheva O.A. Biochemistry (Mosc), 2015, vol. 80, no. 6, pp. 931-936. (In Russ.)] Gan Z., Audi S.H., Bongar R.D., Gauthier K.M., Merker M.P. Quantifying mitochondrial and plasma membrane potentials in intact pulmonary arterial endothelial cells based on extracellular deposition of rhodamine dyes. Am. J. Lung Cell Mol. Physiol., 2011, vol. 300, pp. 762-772. Gan Z., Audi S.H., Bongar R.D., Gauthier K.M., Merker M.P. Quantifying mitochondrial and plasma membrane potentials in intact pulmonary arterial endothelial cells based on extracellular deposition of rhodamine dyes. Am. J. Lung Cell Mol. Physiol., 2011, vol. 300, pp. 762-772. Gonzalez R.J., Tarloff J.B. Evaluation of hepatic subcellular fractions for Alamar blue and MTT reductase activity. Toxicol. In Vitro, 2001, vol. 15, pp. 257-259. Gonzalez R.J., Tarloff J.B. Evaluation of hepatic subcellular fractions for Alamar blue and MTT reductase activity. Toxicol. In Vitro, 2001, vol. 15, pp. 257-259. Теселкин Ю.О., Бабенкова И.В., Любицкий О.Б., Клебанов Г.И., Владимиров Ю.А. Измерение антиоксидантной активности сыворотки крови с помощью системы гемоглобин-пероксид водорода-люминол. Вопросы Мед. Химии, 1998, т. 44, с. 70-76. [Teselkin Y.O., Babenkova I.V., Lyubitsky O.B., Klebanov G.I., Vladimirov Y.A. Measurement of antioxidant activity of blood serum using the hemoglobin-hydrogen peroxide-luminol system. Voprosy Med. Chemistry, 1998, vol. 44, pp. 70-76. (In Russ.)] Teselkin Yu.O., Babenkova I.V., Lyubickiy O.B., Klebanov G.I., Vladimirov Yu.A. Izmerenie antioksidantnoy aktivnosti syvorotki krovi s pomosch'yu sistemy gemoglobin-peroksid vodoroda-lyuminol. Voprosy Med. Himii, 1998, t. 44, s. 70-76. [Teselkin Y.O., Babenkova I.V., Lyubitsky O.B., Klebanov G.I., Vladimirov Y.A. Measurement of antioxidant activity of blood serum using the hemoglobin-hydrogen peroxide-luminol system. Voprosy Med. Chemistry, 1998, vol. 44, pp. 70-76. (In Russ.)] Roehlecke C., Schaller A., Knels L., Funk R.H.W. The influence of sublethal blue light exposure on human RPE cells. Molecular Vision, 2009, vol. 15, pp. 1929-1938. Roehlecke C., Schaller A., Knels L., Funk R.H.W. The influence of sublethal blue light exposure on human RPE cells. Molecular Vision, 2009, vol. 15, pp. 1929-1938. Roehlecke C., Schumann U., Ader M., Brunssen C., Bramke S., Morawietz H., Funk R.H.W. Stress reaction in outer segments of photoreceptors after blue light irradiation. PLOS ONE, 2013, vol. 8, pp. 1-12. Roehlecke C., Schumann U., Ader M., Brunssen C., Bramke S., Morawietz H., Funk R.H.W. Stress reaction in outer segments of photoreceptors after blue light irradiation. PLOS ONE, 2013, vol. 8, pp. 1-12.