Изучение влияния «мягкого разобщения» 2,4-дини- трофенолом на рост и гибель в стационарной фазе культуры клеток китайского хомячка

Частичное  разобщение  процессов  окислительного  фосфорилирования  и запасания энергии в виде АТФ («мягкое разобщение») способствует  снижению производства активных форм кислорода, а также может имитировать эффект ограничения питания. Целый ряд исследований  позволил  установить, что разобщители, подобные 2,4-динитрофенолу (ДНФ), оказывают влияние на продолжительность жизни дрозофилы, дрожжей, мышей и крыс, а также воздействуют на проявление «возрастных» изменений в репликативно стареющих культурах клеток млекопитающих и человека. Настоящее исследование посвящено изучению влияния ДНФ на рост и последующую гибель «стационарно стареющих» клеток китайского хомячка. С помощью метода определения эффективности образования колоний клетками подобрана максимально допустимая концентрация – 5•10-5 М, в которой вещество потенциально способствует проявлению эффекта «мягкого разобщения» и не угнетает  пролиферацию. В более высоких концентрациях ДНФ обладает цитотоксическим эффектом. Под влиянием ДНФ в потенциально «мягко разобщающей» концентрации (5,6•10-7 М) кинетика роста и гибели культуры клеток не изменяется, не увеличивается её продолжительность жизни. Подобный эффект может быть обусловлен типом исследованных клеток. Кроме того, есть вероятность, что оптимальная концентрация лежит в диапазоне от 5•10-7  до 5•10-5  М либо в диапазоне более  низких,  чем  5•10-7

1. Mookerjee S.A., Divakaruni A.S., Jastroch M., Brand M.D. Mitochondrial uncoupling and lifespan // Mech. Ageing Dev. 2010. Vol. 131. N 7–8. P. 463–472.

2. Zorova L.D., Popkov V.A., Plotnikov E.Y., Silachev D.N., Pevzner I.B., Jankauskas S.S., Babenko V.A., Zorov S.D., Balakireva A.V., Juhaszova M., Sollott S.J. Mitochondrial membrane potential // Anal. Biochem. 2018. Vol. 552. P. 50– 59.

3. Skulachev V.P. Role of uncoupled and non- coupled oxidations in maintenance of safely low levels of oxygen and its one-electron reductants // Q. Rev. Biophys. 1996. Vol. 29. N 2. P. 169–202.

4. Korshunov S.S., Skulachev V.P., Starkov A.A. High protonic potential actuates a mechanism of production of reactive oxygen species in mitochondria // FEBS Lett. 1997. Vol. 416. N 1. P. 15–18.

5. Starkov A.A. “Mild” uncoupling of mitochondria // Bioscience Rep. 1997. Vol. 17. N 3. P. 273–279.

6. Papa S., Skulachev V.P. Reactive oxygen species, mitochondria, apoptosis and aging // Detection of mitochondrial diseases, vol. 21 / Eds. Gellerich and S. Zierz. Boston: Springer, 1997. P. 305–319.

7. Brand M.D. Uncoupling to survive? The role of mitochondrial inefficiency in ageing // Exp. Gerontol. 2000. Vol. 35. N 6–7. P. 811–820.

8. Lambert A.J., Brand M.D. Superoxide production by NADH: ubiquinone oxidoreductase (complex I) depends on the pH gradient across the mitochondrial inner membrane // Biochem. J. 2004. Vol. 382. N 2. P. 511–517.

9. Brand M.D., Affourtit C., Esteves T.C., Green K., Lambert A.J., Miwa S., Pakay J.L., Parker N. Mitochondrial superoxide: production, biological effects, and activation of uncoupling proteins // Free Radic. Biol. Med. 2004. Vol. 37. N 6. P. 755– 767.

10. Barros M.H., Bandy B., Tahara E.B., Kowaltowski A.J. Higher respiratory activity decreases mitochondrial reactive oxygen release and increases life span in Saccharomyces cerevisiae // J. Biol. Chem. 2004. Vol. 279. N 48. P. 49883–49888.

11. Caldeira da Silva C.C., Cerqueira F.M., Barbosa L.F., Medeiros M.H., Kowaltowski A.J. Mild mitochondrial uncoupling in mice affects energy metabolism, redox balance and longevity // Aging Cell. 2008. Vol. 7. N 4. P. 552–560.

12. Miquel J., Fleming J., Economos A.C. Antioxidants, metabolic rate and aging in Drosophila // Arch. Gerontol. Geriatr. 1982. Vol. 1. N 2. P. 159–165.

13. Padalko V.I. Uncoupler of oxidative phosphorylation prolongs the lifespan of Drosophila // Biochemistry (Mosc.). 2005. Vol. 70. N 9. P. 986–989.

14. Падалко В.И., Леонова И.С., Козлова Е.В. Влияние 2,4-динитрофенола на интенсивность окислительных процессов в печени крыс в длительном эксперименте // Усп. геронтол. 2010. Т. 23. № 1. С. 98–103.

15. Wu B., Jiang M., Peng Q., Li G., Hou Z., Milne G.L., Mori S., Alonso R., Geisler J.G., Duan W. 2,4 DNP improves motor function, preserves medium spiny neuronal identity, and reduces oxidative stress in a mouse model of Huntington’s disease // Exp. Neurol. 2017. Vol. 293. P. 83–90.

16. Passos J.F., Saretzki G., Ahmed S., Nelson G., Richter T., Peters H., Wappler I., Birket M.J., Harold G., Schaeuble K., Birch-Machin M.A., Kirkwood T.B.L., von Zglinicki T. Mitochondrial dysfunction accounts for the stochastic heterogeneity in telomere-dependent senescence // PLoS Biol. 2007. Vol. 5. N 5. P. 1138–1151.

17. Wasilewska-Sampaio A.P., Silveira M.S., Holub O., Goecking R., Gomes F.C., Neto V.M., Linden R., Ferreira S.T., De Felice F.G. Neuritogenesis and neuronal differentiation promoted by 2,4-dinitrophenol, a novel anti-amyloidogenic compound // FASEB J. 2005. Vol. 19. N 12. P. 1627–1636.

18. Sebollela A., Freitas-Corrêa L., Oliveira F.F., Mendes C.T., Wasilewska-Sampaio A.P., Camacho- Pereira J., Galina A., Brentani H., Passetti F., De Felice F.G., Dias-Neto E. Expression profile of rat hippocampal neurons treated with the neuroprotective compound 2,4-dinitrophenol: up- regulation of cAMP signaling genes // Neurotox. Res. 2010. Vol. 18. N 2. P. 112–123.

19. Freitas-Correa L., Lourenco M.V., Acquarone M., da Costa R.F.M., Galina A., Rehen S.K., Ferreira S.T. 2,4-dinitrophenol induces neural differentiation of murine embryonic stem cells // Stem Cell Res. 2013. Vol. 11. N 3. P. 1407–1416.

20. Morgunova G.V., Klebanov A.A., Khokhlov Interpretation of data about the impact of biologically active compounds on viability of cultured cells of various origin from a gerontological point of view // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2016. Vol. 71. N 2. P. 67–70.

21. Khokhlov A.N., Morgunova G.V. Testing of geroprotectors in experiments on cell cultures: pros and cons // Anti-aging drugs: From basic research to clinical practice / Ed. A.M. Vaiserman. Royal Society of Chemistry, 2017. P. 53–74.

22. Morgunova G.V., Klebanov A.A., Marotta F., Khokhlov A.N. Culture medium pH and stationary phase/chronological aging of different cells // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2017. Vol. 72. N 2. P. 47–51.

23. Khokhlov A.N., Klebanov A.A., Morgunova G.V. On choosing control objects in experimental gerontological research // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2018. Vol. 73. N 2. P. 59–62.

24. Morgunova G.V., Klebanov A.A. Impairment of the viability of transformed Chinese hamster cells in a nonsubcultured culture under the influence of exogenous oxidized guanoside is manifested only in the stationary phase of growth // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2018. Vol. 73. N 3. P. 124–129.

25. Alinkina E.S., Vorobyova A.K., Misharina T.A., Fatkullina L.D., Burlakova E.B., Khokhlov A.N. Cytogerontological studies of biological activity of oregano essential oil // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2012. Vol. 67. N 2. P. 52–57.

26. Yablonskaya O.I., Ryndina T.S., Voeikov V.L., Khokhlov A.N. A paradoxical effect of hydrated C60-fullerene at an ultralow concentration on the viability and aging of cultured Chinese hamster cells // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2013. Vol. 68. N 2. P. 63–68.

27. Khokhlov A.N. Cell kinetic approaches to the search for anti-aging drugs: Thirty years after // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2018. Vol. 73. N 4. P. 185–190.

28. Chappelet-Tordo D., Fosset M., Iwatsubo M., Gaché C., Lazdunski M. Intestinal alkaline phosphatase. Catalytic properties and half of the sites reactivity // Biochemistry. 1974. Vol. 13. N 9. P. 1788–1795.

29. Miyoshi N., Oubrahim H., Chock P.B., Stadtman E.R. Age-dependent cell death and the role of ATP in hydrogen peroxide-induced apoptosis and necrosis // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006. Vol. 103. N 6. P. 1727–1731.

30. Desquiret V., Loiseau D., Jacques C., Douay O., Malthiиry Y., Ritz P., Roussel D. Dinitrophenol- induced mitochondrial uncoupling in vivo triggers respiratory adaptation in HepG2 cells // BBA- Bioenergetics. 2006. Vol. 1757. N 1. P. 21–30.

31. Stöckl P., Zankl C., Hütter E., Unterluggauer H., Laun P., Heeren G., Bogengruber E., Herndler- Brandstetter D., Breitenbach M., Jansen-Dürr P. Partial uncoupling of oxidative phosphorylation induces premature senescence in human fibroblasts and yeast mother cells // Free Radic. Biol. Med. 2007. Vol. 43. N 6. P. 947–958.

32. Bestman J.E., Stackley K.D., Rahn J.J., Williamson T.J., Chan S.S. The cellular and molecular progression of mitochondrial dysfunction induced by 2,4-dinitrophenol in developing zebrafish embryos // Differentiation. 2015. Vol. 89. N 3–4. P. 51–69.

33. Morgunova G.V., Klebanov A.A., Khokhlov A.N. Some remarks on the relationship between autophagy, cell aging, and cell proliferation restriction // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2016. Vol. 71. N 4. P. 207–211.

34. Morgunova G.V., Klebanov A.A. Age‐related AMP‐activated protein kinase alterations: From cellular energetics to longevity // Cell Biochem. Funct. 2019. Vol. 37. N 3. P. 169–176.

35. Amara C.E., Shankland E.G., Jubrias S.A., Marcinek D.J., Kushmerick M.J., Conley K.E. Mild mitochondrial uncoupling impacts cellular aging in human muscles in vivo // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007. Vol. 104. N 3. P. 1057–1062.