Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54680 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Influence of various nitric oxide donors on non-enzymatic glycation of biomolecules Влияние различных доноров оксида азота на неферментативное гликирование биомолекул Шумаев К. Б. Shumaev K. B. tomorov@mail.ru

доктор биологических наук;

doctor of sciences in biology;

 Космачевская О. В. Kosmachevskaya O. V.

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Топунов А. Ф. Topunov A. F.

доктор биологических наук;

doctor of sciences in biology;

 Насыбуллина Э. И. Nasybullina E. I.

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Мартусевич А К Martusevich A K Рууге Э. К. Ruuge E. K. ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Москва Россия Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии имени академика Е.И. Чазова Москва Россия E.I. Chazov National Medical Research Centre of Cardiology Moscow Russian Federation ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Москва Россия Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Москва Россия Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН Москва Россия Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation Приволжский исследовательский медицинский университет Минздрава России ru Privolzhsky Research Medical University ru Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии имени академика Е.И. Чазова Москва Россия E.I. Chazov National Medical Research Centre of Cardiology Moscow Russian Federation Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Москва Россия Lomonosov Moscow State University Moscow Russian Federation 25 09 2021 25 09 2021 6 3 494 498 20 09 2021 20 09 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54680/view

Процессы модификации биомолекул при окислительном и карбонильном стрессе взаимосвязаны и во многом определяются генерацией свободных радикалов. Активные карбонильные соединения, например, метилглиоксаль реагируют с аминогруппами белков и аминокислот с образованием оснований Шиффа, в том числе диалкилиминов. Эти реакции являются первой стадией неферментативного гликирования, в ходе которого также возникают свободнорадикальные интермедиаты. Вместе с тем известно, что оксид азота взаимодействует с конечными продуктами гликирования. Нами установлено, что доноры оксида азота (PAPA/NONO, S-нитрозотиолы) усиливают продукцию органических свободных радикалов в реакции неферментативного гликирования L-лизина и Na-ацетиллизина под действием метилглиоксаля. Напротив, такие метаболиты оксида азота (NO) как глутатион-содержащие динитрозильные комплексы железа и нитроксил снижают уровень этих радикалов. Выдвинуто предположение, что эффект оксида азота и S-нитрозотиолов связан с образованием редокс-активных соединений, которые в свою очередь являются медиаторами продукции свободных радикалов. С другой стороны, нитроксил и динитрозильные комплексы железа выступают в качестве антиоксидантов и антигликирующих агентов. Мы полагаем, что двойственное действие NO и его физиологических производных играет важную роль при модификации биомолекул в ходе диабетической гипергликемии.

It is known that the modification of biomolecules under conditions of oxidative and carbonyl stress is associated with the generation of free radicals. Active carbonyl compounds, for example, methylglyoxal react with amino groups of proteins and amino acids to form Schiff bases, including dialkylimines. During these reactions of non-enzymatic glycation, free radical intermediates are also formed. At the same time, it is known that nitric oxide (NO) interacts with the advanced glycation end-products. Our study reveals that donors of nitric oxide (PAPA/NONO, S-nitrosothiols) stimulate the production of organic free radicals in the reaction of non-enzymatic glycation of amino acids under methylglyoxal. In contrast, NO metabolites such as glutathione-containing dinitrosyl iron complexes and nitroxyl (HNO) reduce the level of these radicals. It is suggested that the effect of nitric oxide and S-nitrosothiols is associated with the formation of redox-active compounds, which in turn are mediators of free radical production. On the other hand, HNO and dinitrosyl iron complexes act as antioxidants and antiglycating agents. We believe that the dual action of NO and its derivatives plays a critical role in modifying biomolecules during diabetic mellitus.

 неферментативное гликирование метилглиоксаль свободные радикалы оксид азота S-нитрозотиолы спектроскопия ЭПР non-enzymatic glycation methylglyoxal free radicals nitric oxide S-nitrosothiols EPR spectroscopy Работа была выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 19-015-00444.

Lee C., Yim M.B., Chock P. B., Yim H.S., Kang S.O. Oxidation-Reduction Properties of Methylglyoxal-modified Protein in Relation to Free Radical Generation. J. Biol. Chem., 1998, vol. 273, no. 39, pp. 25272-25278. doi: 10.1074/jbc.273.39.25272 Lee C., Yim M.B., Chock P. B., Yim H.S., Kang S.O. Oxidation-Reduction Properties of Methylglyoxal-modified Protein in Relation to Free Radical Generation. J. Biol. Chem., 1998, vol. 273, no. 39, pp. 25272-25278. doi: 10.1074/jbc.273.39.25272 Asahi K., Ichimori K., Nakazawa H., Izuhara Y., Inagi R., Watanabe T., Miyata T., Kurokawa K. Nitric oxide inhibits the formation of advanced glycation end products. Kidney Int., 2000, vol. 58, no. 4, pp. 1780-1787. doi: 10.1111/j.1523-1755.2000.00340.x Asahi K., Ichimori K., Nakazawa H., Izuhara Y., Inagi R., Watanabe T., Miyata T., Kurokawa K. Nitric oxide inhibits the formation of advanced glycation end products. Kidney Int., 2000, vol. 58, no. 4, pp. 1780-1787. doi: 10.1111/j.1523-1755.2000.00340.x Шумаев К.Б., Губкина С.А., Кумскова Е.М., Шепелькова Г.С., Рууге Э.К., Ланкин В.З. Механизм образования супероксидного радикала при взаимодействии L-лизина с дикарбонильными соединениями. Биохимия, 2009, т. 74, № 4, с. 568-574. @@Shumaev K.B., Gubkina S.A., Kumskova E.M., Shepelkova G.S., Ruuge E. K., Lankin V.Z. Superoxide Formation as a Result of Interaction of L-Lysine with Dicarbonyl Compounds and Its Possible Mechanism. Biochemistry (Moscow), 2009, vol. 74, no. 4, pp. 461-466. (In Russ.) Shumaev K.B., Gubkina S.A., Kumskova E.M., Shepel'kova G.S., Ruuge E.K., Lankin V.Z. Mehanizm obrazovaniya superoksidnogo radikala pri vzaimodeystvii L-lizina s dikarbonil'nymi soedineniyami. Biohimiya, 2009, t. 74, № 4, s. 568-574. @@Shumaev K.B., Gubkina S.A., Kumskova E.M., Shepelkova G.S., Ruuge E. K., Lankin V.Z. Superoxide Formation as a Result of Interaction of L-Lysine with Dicarbonyl Compounds and Its Possible Mechanism. Biochemistry (Moscow), 2009, vol. 74, no. 4, pp. 461-466. (In Russ.) Шумаев К.Б., Губкина С.А., Ванин А.Ф., Бурбаев Д.Ш., Мох В.П., Топунов А.Ф., Рууге Э.К. Образование нового типа динитрозильных комплексов железа, связанных с цистеином, модифицированным метилглиоксалем. Биофизика, 2013, т. 58, № 2, с. 239-245. @@Shumaev K.B., Gubkina S.A., Vanin A.F., Burbaev D.Sh., Mokh V.P., Topunov A.F., Ruuge E.K. Formation of a new type of dinitrosyl iron complexes bound to cysteine modified with methylglyoxal. Biofizika, 2013, vol. 58, no 2, pp. 239-245. (In Russ.) Shumaev K.B., Gubkina S.A., Vanin A.F., Burbaev D.Sh., Moh V.P., Topunov A.F., Ruuge E.K. Obrazovanie novogo tipa dinitrozil'nyh kompleksov zheleza, svyazannyh s cisteinom, modificirovannym metilglioksalem. Biofizika, 2013, t. 58, № 2, s. 239-245. @@Shumaev K.B., Gubkina S.A., Vanin A.F., Burbaev D.Sh., Mokh V.P., Topunov A.F., Ruuge E.K. Formation of a new type of dinitrosyl iron complexes bound to cysteine modified with methylglyoxal. Biofizika, 2013, vol. 58, no 2, pp. 239-245. (In Russ.) Kosmachevskaya O.V., Shumaev K.B., Nasybullina E.I., Topunov A.F. Formation of Nitri- and Nitrosylhemoglobin in systems modeling the Maillard reaction. Clinical Chemistry & Laboratory Medicine, 2014, vol. 52, no. 1, pp. 161-168. doi: 10.1515/cclm-2012-0792 Kosmachevskaya O.V., Shumaev K.B., Nasybullina E.I., Topunov A.F. Formation of Nitri- and Nitrosylhemoglobin in systems modeling the Maillard reaction. Clinical Chemistry & Laboratory Medicine, 2014, vol. 52, no. 1, pp. 161-168. doi: 10.1515/cclm-2012-0792 Ланкин В.З., Шумаев К.Б., Тихазе А.К., Курганов Б.И. Влияние дикарбонилов на кинетические характеристики глутатионпероксидазы. Доклады академии наук, 2017, т. 475, № 6, с. 706-709. doi: 10.7868/S0869565217240227 @@Lankin V.Z., Shumaev K.B., Tikhaze A.K., Kurganov B.I. Influence of dicarbonyls on kinetic characteristics of glutathione peroxidase. Dokl. Biochem. Biophys., 2017, vol. 475, no. 1, pp. 287-290. doi: 10.1134/S1607672917040123 (In Russ.) Lankin V.Z., Shumaev K.B., Tihaze A.K., Kurganov B.I. Vliyanie dikarbonilov na kineticheskie harakteristiki glutationperoksidazy. Doklady akademii nauk, 2017, t. 475, № 6, s. 706-709. doi: 10.7868/S0869565217240227 @@Lankin V.Z., Shumaev K.B., Tikhaze A.K., Kurganov B.I. Influence of dicarbonyls on kinetic characteristics of glutathione peroxidase. Dokl. Biochem. Biophys., 2017, vol. 475, no. 1, pp. 287-290. doi: 10.1134/S1607672917040123 (In Russ.) Chang T., Wang R., Wu L. Methylglyoxal-induced nitric oxide and peroxynitrite production in vascular smooth muscle cells. Free Radic Biol Med, 2005, vol. 38, no. 2, pp. 286-293. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2004.10.034 Chang T., Wang R., Wu L. Methylglyoxal-induced nitric oxide and peroxynitrite production in vascular smooth muscle cells. Free Radic Biol Med, 2005, vol. 38, no. 2, pp. 286-293. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2004.10.034 Turkseven S., Ertuna E., Yetik-Anacak G., Yasa M. Methylglyoxal causes endothelial dysfunction: the role of endothelial nitric oxide synthase and AMP-activated protein kinase α. J Basic Clin Physiol Pharmacol, 2014, vol. 25, no. 1, pp. 109-115. DOI: 10.1515/jbcpp-2013-0095 Turkseven S., Ertuna E., Yetik-Anacak G., Yasa M. Methylglyoxal causes endothelial dysfunction: the role of endothelial nitric oxide synthase and AMP-activated protein kinase α. J Basic Clin Physiol Pharmacol, 2014, vol. 25, no. 1, pp. 109-115. DOI: 10.1515/jbcpp-2013-0095