Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55178 10.29039/rusjbpc.2022.0572 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ NEW VARIANTS OF DINITROSYL IRON COMPLEXES. ANTIOXIDANT AND ANTIRADICAL EFFECT НОВЫЕ ВАРИАНТЫ ДИНИТРОЗИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗА. АНТИОКСИДАНТНОЕ И АНТИРАДИКАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ 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;

 Грачев Д. И. Grachev D. I. di.grachev@physics.msu.ru Насыбуллина Э. И. Nasybullina E. I.

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 Пугаченко И. С. Pugachenko I. S. 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 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 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 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 24 11 2022 24 11 2022 7 4 624 627 01 08 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55178/view

Динитрозильные комплексы железа (ДНКЖ) являются важными метаболитами оксида азота (NO), обладающими широким спектром биологической активности. Свойства этих комплексов определяют не только NO-лиганды, но и другие компоненты, входящие в их состав. С помощью спектроскопии ЭПР было показано, что железо в ДНКЖ может быть связано с карнозином, L-эрготионеином и аденозиндифосфатом (АДФ). Установлено, что наиболее эффективно новые варианты динитрозильных комплексов железа образуются с участием нитроксильного аниона, который является продуктом одноэлектронного восстановления NO. В модельных системах показано, что ДНКЖ связанные с карнозином и эрготионеином снижают уровень различных свободных радикалов. В частности, эти варианты ДНКЖ перехватывают супероксидный анион-радикал, который является предшественником других активных форм кислорода и азота. Вместе с тем, ДНКЖ связанные с карнозином уменьшают концентрацию органических свободных радикалов в системе содержащей нитроксильный анион, ионы железа и гидропероксид трет-бутила. С другой стороны, ДНКЖ связанные с эрготионеином и АДФ могут играть важную роль в защите митохондрий. Можно предположить, что новые варианты ДНКЖ являются компонентами антиоксидантных систем, локализованных в различных тканях организма. Также, они могут функционировать в качестве редокс-зависимых переключателей, регулирующих ответ клетки на окислительный стресс.

Dinitrosyl iron complexes (DNICs) are important metabolites of nitric oxide (NO) with a wide range of biological activity. The properties of these complexes are determined not only by NO-ligands, but also by other components included in their composition. Using EPR spectroscopy, it was shown that iron in the DNICs can be bound to carnosine, L-ergothioneine and ADP. New variants of DNICs are formed with the participation of a nitroxyl anion, which is a product of one-electron reduction of NO. In model systems, DNICs associated with carnosine and ergothioneine reduce the level of various free radicals. These DNICs intercept the superoxide anion radical, which is a precursor to other reactive oxygen and nitrogen species. At the same time, carnosine-bound DNICs reduce the concentration of organic free radicals in a system containing a nitroxyl anion, iron ions and tert-butyl hydroperoxide. On the other hand, DNICs associated with ergothioneine and ADP may play an important role in the protection of mitochondria. It has been suggested that the new DNICs may be components of antioxidant systems localized in various tissues of the body, as well as redox triggers regulating the cellular response to oxidative stress.

 динитрозильные комплексы железа оксид азота свободные радикалы спектроскопия ЭПР dinitrosyl iron complexes nitric oxide free radical EPR spectroscopy Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 19-29-12052) и Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Lehnert N. et al. The Biologically Relevant Coordination Chemistry of Iron and Nitric Oxide: Electronic Structure and Reactivity. Chem. Rev., 2021, vol. 121, no. 24, pp. 14682-14905. Lehnert N. et al. The Biologically Relevant Coordination Chemistry of Iron and Nitric Oxide: Electronic Structure and Reactivity. Chem. Rev., 2021, vol. 121, no. 24, pp. 14682-14905. Vanin A.F. Physico-Chemistry of Dinitrosyl Iron Complexes as a Determinant of Their Biological Activity. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, p. 10356. Vanin A.F. Physico-Chemistry of Dinitrosyl Iron Complexes as a Determinant of Their Biological Activity. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, p. 10356. Shumaev K.B. et al. Interaction of reactive oxygen and nitrogen species with albumin- and methemoglobin-bound dinitrosyl-iron complexes. Nitric Oxide, 2008, vol. 18, no. 1, pp. 37-46. Shumaev K.B. et al. Interaction of reactive oxygen and nitrogen species with albumin- and methemoglobin-bound dinitrosyl-iron complexes. Nitric Oxide, 2008, vol. 18, no. 1, pp. 37-46. Shumaev K.B. et al. Protective Effect of Dinitrosyl Iron Complexes with Glutathione in Red Blood Cell Lysis Induced by Hypochlorous Acid. Oxid. Med. Cell. Longev., 2019, vol. 2019, art. id 2798154, 12 p. Shumaev K.B. et al. Protective Effect of Dinitrosyl Iron Complexes with Glutathione in Red Blood Cell Lysis Induced by Hypochlorous Acid. Oxid. Med. Cell. Longev., 2019, vol. 2019, art. id 2798154, 12 p. Шумаев К.Б. и др. Возможный механизм антиоксидантного действия динитрозильных комплексов железа. Биомедицинская химия, 2021, т. 67, № 2, с. 162-168. Shumaev K.B. et al. Probable mechanism of antioxidant action of iron dinitrosyl complexes. Biomedical Chemistry, 2021, vol. 67, no. 2, pp. 162-168. (In Russ.) Kosmachevskaya O.V. et al. Protective Effect of Dinitrosyl Iron Complexes Bound with Hemoglobin on Oxidative Modification by Peroxynitrite. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, p. 13649. Kosmachevskaya O.V. et al. Protective Effect of Dinitrosyl Iron Complexes Bound with Hemoglobin on Oxidative Modification by Peroxynitrite. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, p. 13649. Shumaev K.B. et al. Dinitrosyl iron complexes: Formation and antiradical action in heart mitochondria. Biofactors, 2018, vol. 44, no. 3, pp. 237-244. Shumaev K.B. et al. Dinitrosyl iron complexes: Formation and antiradical action in heart mitochondria. Biofactors, 2018, vol. 44, no. 3, pp. 237-244. Paul B.D., Snyder S.H. The unusual amino acid L-ergothioneine is a physiologic cytoprotectant. Cell Death Differ., 2010, vol. 17, no. 7, pp. 1134-1140. Paul B.D., Snyder S.H. The unusual amino acid L-ergothioneine is a physiologic cytoprotectant. Cell Death Differ., 2010, vol. 17, no. 7, pp. 1134-1140. Prokopieva et al. Use of Carnosine for Oxidative Stress Reduction in Different Pathologies. Oxid. Med. Cell. Longev., 2016, vol. 2016, art. id 2939087, 8 p. Prokopieva et al. Use of Carnosine for Oxidative Stress Reduction in Different Pathologies. Oxid. Med. Cell. Longev., 2016, vol. 2016, art. id 2939087, 8 p. Li Q. et al. Nitrosothiol Formation and Protection against Fenton Chemistry by Nitric Oxide-induced Dinitrosyliron Complex Formation from Anoxia-initiated Cellular Chelatable Iron Increase. J. Biol. Chem., 2014, vol. 289, no. 29, pp. 19917-19927. Li Q. et al. Nitrosothiol Formation and Protection against Fenton Chemistry by Nitric Oxide-induced Dinitrosyliron Complex Formation from Anoxia-initiated Cellular Chelatable Iron Increase. J. Biol. Chem., 2014, vol. 289, no. 29, pp. 19917-19927.