Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54276 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика THE ROLE OF PHOTOCHEMICAL TRANSFORMATIONS OF TETRAHYDROBIOPTERIN IN THE PATHOGENESIS AND PHOTOTHERAPY OF VITILIGO РОЛЬ ФОТОХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ТЕТРАГИДРОБИОПТЕРИНА В ПАТОГЕНЕЗЕ И ФОТОТЕРАПИИ ВИТИЛИГО Телегина Т А Telegina T A telegina@inbi.ras.ru Низамутдинов А С Nizamutdinov A S Буглак А А Buglak A A Шавров А Н Shavrov A N Лукинова Е В Lukinova E V Вечтомова Ю Л Vechtomova Yu L Крицкий М С Kritsky M S Институт биохимии им. А.Н. Баха, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН; Казанский федеральный университет ru Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of Sciences; Kazan Federal University ru Казанский федеральный университет ru Kazan Federal University ru Санкт-Петербургский государственный университет ru St. Petersburg State University ru Институт биохимии им. А.Н. Баха, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН ru Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of Sciences ru Казанский федеральный университет ru Kazan Federal University ru Институт биохимии им. А.Н. Баха, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН; Казанский федеральный университет ru Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of Sciences; Kazan Federal University ru Институт биохимии им. А.Н. Баха, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН ru Bach Institute of Biochemistry, Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of Sciences ru 25 06 2018 25 06 2018 3 2 255 260 20 06 2018 20 06 2018 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54276/view

Нарушение меланогенеза ведёт к развитию ряда патологий, включая витилиго. Тетрагидробиоптерин (H4Bip) в качестве кофермента фенилаланингидроксилазы участвует в окислении фенилаланина в тирозин (предшественник меланина). H4Bip легко окисляется кислородом in vivo и in vitro . При витилиго наблюдается трёх-пятикратный de-novo синтез, его избыток и последующее автоокисление рассматриваются в качестве важных факторов в патогенезе витилиго. Мы показали, что птериновые продукты автоокисления (дигидроптерин (H2Ptr), дигидроксантоптерин, птерин) преобладают над биоптериновыми продуктами (дигидробиоптерин (H2Bip), биоптерин). Показали, что ультрафиолетовое (УФ) излучение ускоряет автоокисление H4Bip в присутствии окисленных производных, служащих фотосенсибилизаторами. Фотосенсибилизированное окисление H4Bip может вносить вклад в патогенез витилиго. Установили, что основной отличительной чертой фотоокисления H4Bip от его автоокисления является образование димеров дигидроптерина (H2Ptr)2 и дигидробиоптерина (H2Bip)2. Используя в качестве источников УФ излучения ксеноновые лампы и УФ перестраиваемые лазеры, в работе изучены зависимости реакции фотодимеризации от длины волны и интенсивности излучения. Показано, что облучение УФ лазером более эффективно по сравнению с облучением ксеноновой лампой. Установлено, что наибольшее количество димеров образуется при облучении раствора H4Bip излучением с длинами волн 308-312 нм. Полученные данные обсуждены в контексте УФ-В узкополосной фототерапии витилиго.

Melanogenesis disorder leads to several pathologies, including vitiligo. Tetrahydrobiopterin (H4Bip) as the phenylalanine 4-hydroxylase coenzyme catalyzes the oxidation of phenylalanine to tyrosine (a melanin precursor). H4Bip is easily oxidized by oxygen in vivo and in vitro . Vitiligo is accompanied by three-fivefold increased de-novo synthesis of H4Bip, its excess and its further oxidation are essential factors in the pathogenesis of vitiligo. We have demonstrated that pterin products of H4Bip autoxidation (dihydropterin (H2Ptr), dihydroxanthopterin and pterin) predominate over biopterin products (dihydrobiopterin (H2Bip) and biopterin). It was shown that ultraviolet (UV) irradiation accelerates the autoxidation while the products of oxidative degradation of H4Bip act as photosensitizers. Photosensitized oxidation of H4Bip can contribute to the pathogenesis of vitiligo. The main distinguishing feature of UV photooxidation of H4Bip from autoxidation was the formation of dihydropterin (H2Ptr)2 and dihydrobiopterin (H2Bip)2 dimers.. Here we reported on the dependences of the photodimerization reaction on the wavelength and intensity of radiation using xenon lamps and UV tunable lasers as sources of UV radiation. It was shown that UV irradiation with a laser is more efficient than that with xenon lamp. It was established that the greatest number of dimers were formed by irradiating the H4Bip solution by radiation with a wavelength in the range 308-312 nm. The data obtained are discussed in the context of UV-B narrowband vitiligo phototherapy.

 тетрагидробиоптерин УФ облучение автоокисление тетрагидробиоптерина фотоокисление тетрагидробиоптерина азациклобутановые димеры фототерапия витилиго tetrahydrobiopterin UV irradiation autoxidation of tetrahydrobiopterin photooxidation of tetrahydrobiopterin azacyclobutane dimers vitiligo phototherapy

Kaufman S. The structure of the phenylalanine-hydroxylation cofactor. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1963, vol. 50, p. 1085-1093. Kaufman S. The structure of the phenylalanine-hydroxylation cofactor. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1963, vol. 50, p. 1085-1093. Davis M.D., Kaufman S., Milstein S. The auto-oxidation of tetrahydrobiopterin. Eur. J. Biochem., 1988, vol. 173, pp. 345-351. Davis M.D., Kaufman S., Milstein S. The auto-oxidation of tetrahydrobiopterin. Eur. J. Biochem., 1988, vol. 173, pp. 345-351. Schallreuter K.U., Wood J.M., Pittelkow M.R., Gutlich M., Lemke K.R., Rödl W., Swanson N.N., Hitzemann K., Ziegler I. Regulation of melanin biosynthesis in the human epidermis by tetrahydrobiopterin. Science, 1994, vol. 263, pp. 1444-1446. Schallreuter K.U., Wood J.M., Pittelkow M.R., Gutlich M., Lemke K.R., Rödl W., Swanson N.N., Hitzemann K., Ziegler I. Regulation of melanin biosynthesis in the human epidermis by tetrahydrobiopterin. Science, 1994, vol. 263, pp. 1444-1446. Schallreuter K.U., Moore J., Wood J.M., Beazley W.D., Peters E.M.J., Marles L.K., Behrens-Williams S.C., Dummer R., Blau N., Thöny B. Epidermal H2O2 accumulation alters tetrahydrobiopterin (6BH4) recycling in vitiligo: identification of a general mechanism in regulation of all 6BH4-dependent processes? J. Invest. Dermatol., 2001, vol. 116, pp. 167-174. Schallreuter K.U., Moore J., Wood J.M., Beazley W.D., Peters E.M.J., Marles L.K., Behrens-Williams S.C., Dummer R., Blau N., Thöny B. Epidermal H2O2 accumulation alters tetrahydrobiopterin (6BH4) recycling in vitiligo: identification of a general mechanism in regulation of all 6BH4-dependent processes? J. Invest. Dermatol., 2001, vol. 116, pp. 167-174. Schallreuter K. U. in book Autoimmune Diseases of the Skin: Pathogenesis, Diagnosis, Management. Second edition. Vitiligo, New-York: Springer Wein, ed. M. Hertl, ch. 13, 2005, pp. 367-384. Schallreuter K. U. in book Autoimmune Diseases of the Skin: Pathogenesis, Diagnosis, Management. Second edition. Vitiligo, New-York: Springer Wein, ed. M. Hertl, ch. 13, 2005, pp. 367-384. Schallreuter K. U. in book Systems Biology of Free Radicals and Antioxidants. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, ed. I. Laher, 2014, pp. 3697-3736. Schallreuter K. U. in book Systems Biology of Free Radicals and Antioxidants. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, ed. I. Laher, 2014, pp. 3697-3736. Wood J. M., Chavan B., Hafeez I., Schallreuter K. U., Regulation of tyrosinase by tetrahydropteridines and H2O2. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2004, vol. 325, pp. 1412-1417. Wood J. M., Chavan B., Hafeez I., Schallreuter K. U., Regulation of tyrosinase by tetrahydropteridines and H2O2. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2004, vol. 325, pp. 1412-1417. Nishikimi M. The generation of superoxide anion in the reaction of tetrahydropteridines with molecular oxygen. Arch. Biochem.Biophys., 1975, vol. 166, pp. 273-279. Nishikimi M. The generation of superoxide anion in the reaction of tetrahydropteridines with molecular oxygen. Arch. Biochem.Biophys., 1975, vol. 166, pp. 273-279. Kirsch M., Korth H-G., Stenert V., Sustmann R., de Groot H. The autoxidation of tetrahydrobiopterin revisited. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, pp. 24481-24490. Kirsch M., Korth H-G., Stenert V., Sustmann R., de Groot H. The autoxidation of tetrahydrobiopterin revisited. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, pp. 24481-24490. Blair J. A., Pearson A. J. Kinetics and mechanism of the autoxidation of the 2-amino-4-hydroxy-5,6,7,8-tetrahydropteridines. J. Chem. Soc. Perkin. Trans,. 2, 1974, vol. 2, pp. 80-88. Blair J. A., Pearson A. J. Kinetics and mechanism of the autoxidation of the 2-amino-4-hydroxy-5,6,7,8-tetrahydropteridines. J. Chem. Soc. Perkin. Trans,. 2, 1974, vol. 2, pp. 80-88. Buglak A. A., Telegina T. A., Lyudnikova T. A., Vechtomova Y. L., Kritsky M. S. Photooxidation of tetrahydrobiopterin under UV-irradiation: posible pathways and mechanisms. Photochem. Photobiol., 2014, vol. 90, pp. 1017-1026. Buglak A. A., Telegina T. A., Lyudnikova T. A., Vechtomova Y. L., Kritsky M. S. Photooxidation of tetrahydrobiopterin under UV-irradiation: posible pathways and mechanisms. Photochem. Photobiol., 2014, vol. 90, pp. 1017-1026. Telegina T.A., Lyudnikova T.A., Buglak A.A., Vechtomova Y.L., Biryukov M. V., Demin V.V., Kritsky M.S. Transformation of 6-tetrahydrobiopterin in aqueous solutions under UV-irradiation. J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 2018, vol. 354,pp. 155-162. Telegina T.A., Lyudnikova T.A., Buglak A.A., Vechtomova Y.L., Biryukov M. V., Demin V.V., Kritsky M.S. Transformation of 6-tetrahydrobiopterin in aqueous solutions under UV-irradiation. J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 2018, vol. 354,pp. 155-162. Buglak A. A., Telegina T. A., Kritsky M. S. A quantitative structure-property relationship (QSPR) study of singlet oxygen generation by pteridines. Photochem. Photobiol. Sci., 2016, vol. 15, pp. 801-811. Buglak A. A., Telegina T. A., Kritsky M. S. A quantitative structure-property relationship (QSPR) study of singlet oxygen generation by pteridines. Photochem. Photobiol. Sci., 2016, vol. 15, pp. 801-811. Vignoni M., Cabrerizo F. M., Lorente C., Claparols C., Oliveros E., Thomas A. H. Photochemistry of dihydrobiopterin in aqueous solution. Org. Biomol. Chem., 2010, vol. 8, pp. 800-810. Vignoni M., Cabrerizo F. M., Lorente C., Claparols C., Oliveros E., Thomas A. H. Photochemistry of dihydrobiopterin in aqueous solution. Org. Biomol. Chem., 2010, vol. 8, pp. 800-810. Vignoni M., Lorente C., Cabrerizo F. M., Erra-Balsells R., Oliveros E.,. Thomas A. H. Characterization and reactivity of photodimers of dihydroneopterin and dihydrobiopterin. Photochem. Photobiol. Sci., 2012, vol. 11, pp. 979-987. Vignoni M., Lorente C., Cabrerizo F. M., Erra-Balsells R., Oliveros E.,. Thomas A. H. Characterization and reactivity of photodimers of dihydroneopterin and dihydrobiopterin. Photochem. Photobiol. Sci., 2012, vol. 11, pp. 979-987. Nizamutdinov A.S., Semashko V.V., Naumov A.K., Korableva S.L., Marisov M.A., Efimov V.N., Nurtdinova L.A. Characterization of Ce3+ and Yb3+ doped LiF-LuF3-YF3 solid solutions as new UV active media. Proc. SPIE,, 2011, vol. 7994, p. 79940H. Nizamutdinov A.S., Semashko V.V., Naumov A.K., Korableva S.L., Marisov M.A., Efimov V.N., Nurtdinova L.A. Characterization of Ce3+ and Yb3+ doped LiF-LuF3-YF3 solid solutions as new UV active media. Proc. SPIE,, 2011, vol. 7994, p. 79940H. Nurtdinova L.A., Korableva S.L. Enhanced efficiency ultraviolet LiYXLu1-XF4:RE3+ (RE = Ce,Yb) laser. Las. Phys. Lett., 2014, vol. 11, p. 125807. Nurtdinova L.A., Korableva S.L. Enhanced efficiency ultraviolet LiYXLu1-XF4:RE3+ (RE = Ce,Yb) laser. Las. Phys. Lett., 2014, vol. 11, p. 125807. Rokos H., Beazley W. D., Schallreuter K. U. Oxidative stress in vitiligo: photo-oxidation of pterins produces H2O2 and pterin-6-carboxylic acid. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2002, vol. 292, pp. 805-811. Rokos H., Beazley W. D., Schallreuter K. U. Oxidative stress in vitiligo: photo-oxidation of pterins produces H2O2 and pterin-6-carboxylic acid. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2002, vol. 292, pp. 805-811. Jain A., Mal J., Mehndiratta V., Chander R., Patra S. K. Study of oxidative stress in vitiligo. Indian J. Clin. Biochem., 2011, vol. 26, pp. 78-81. Jain A., Mal J., Mehndiratta V., Chander R., Patra S. K. Study of oxidative stress in vitiligo. Indian J. Clin. Biochem., 2011, vol. 26, pp. 78-81. Shimizu S., Shiota K., Yamamoto S., Miyasaka Y., Ishii M., Watabe T., Nishida M., Mori Y., Yamamoto T., Kiuchi Y. Hydrogen peroxide stimulates tetrahydrobiopterin synthesis through the induction of GTP-cyclohydrolase I and increases nitric oxide synthase activity in vascular endothelial cells. Free Radic. Biol. Med., 2003, vol. 34, pp. 1343-1352. Shimizu S., Shiota K., Yamamoto S., Miyasaka Y., Ishii M., Watabe T., Nishida M., Mori Y., Yamamoto T., Kiuchi Y. Hydrogen peroxide stimulates tetrahydrobiopterin synthesis through the induction of GTP-cyclohydrolase I and increases nitric oxide synthase activity in vascular endothelial cells. Free Radic. Biol. Med., 2003, vol. 34, pp. 1343-1352.