Морфологические изменения митохондрий и клеток млекопитающих, индуцируемые гипохлорной кислотой

Гипохлорная кислота, HOCl, является одним из наиболее сильных биологических окислителей и важнейшим медиатором воспалительных повреждений клеток и тканей. В настоящей работе изучен характер изменения морфологии митохондрий клеток печени крыс, эритроцитов крыс и клеток линии B14 при окислительном воздействии HOCl in vitro.

Внесение HOCl (300 мкМ) в суспензию митохондрий вызывало изменения органелл, незначительно снижало среднюю суммарную длину и среднее количество крист в одной митохондрии без изменения длины одной кристы, уменьшало среднюю площадь сечения митохондрии и удлиняло профили митохондрий, увеличивая число измененных митохондрий и гетерогенность популяции. Кроме того, наблюдалась деполяризация митохондриальных мембран, скорость и степень которой определялись концентрацией HOCl. Воздействие HOCl (25–150 мкМ) в течение 60–180 с индуцировало лизис эритроцитов крыс, которому предшествовало изменение формы и размеров клеток.

Рассчитанная нами константа диссоциации HOCl с эритроцитарной мембраной составила 140 ± 25 мкМ, кооперативность процесса взаимодействия (коэффициент Хилла) – 2,1. В клетках линии B14 воздействие HOCl (100 мкМ) вызывало потерю способности сорбироваться на субстрате, формировать ассоциаты и последующее сжатие клеток. Таким образом, морфологические (и функциональные) перестройки митохондрий печени крыс вследствие воз- действия HOCl могут служить одной из причин гибели клеток в очагах воспаления. На уровне целых клеток воздействие HOCl вызывает лизис эритроцитов и глубокие повреждения клеток линии B14.

1. Apoptotic pathways involved in U937 cells exposed to LDL oxidized by hypochlorous acid / S. Vicca [et al.] // Free Radic. Biol. Med. – 2003. – Vol. 35, N 6. – P. 603–615. https://doi.org/10.1016/s0891-5849(03)00361-7

2. Chlorinative stress in age-related diseases: a literature review / M. Casciaro [et al.] // Immun. Ageing. – 2017. – Vol. 14, N 1. – P. 14–21. https://doi.org/10.1186/s12979-017-0104-5

3. Hypochlorous acid-mediated mitochondrial dysfunction and apoptosis in human hepatoma HepG2 and human fetal liver cells: role of mitochondrial permeability transition / M. Whiteman [et al.] // Free Radic. Biol. Med. – 2005. – Vol. 38, N 12. – P. 1571–1584. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2005.02.030

4. Neutrophils aggravate acute liver injury during obstructive cholestasis in bile duct-ligated mice / J. S. Gujral [et al.] // Hepatology. – 2003. – Vol. 38, N 2. – P. 355–363. https://doi.org/10.1053/jhep.2003.50341

5. Hypochlorous acid inhibits Ca2+-ATPase from skeletal muscle sarcoplasmic reticulum / T. G. Favero [et al.] // J. Appl. Physiol. – 1998. – Vol. 84, N 2. – P. 425–430. https://doi.org/10.1152/jappl.1998.84.2.425

6. Fernandes, R. M. Increased myeloperoxidase plasma levels in rheumatoid arthritisda / R. M. Fernandes, N. P. da Silva, E. I. Sato // Rheumatol. Int. – 2011. – Vol. 32, N 6. – P. 1605–1609. https://doi.org/10.1007/s00296-011-1810-5

7. Yang, Y.-T. T. HOCl causes necrotic cell death in human monocyte derived macrophages through calcium dependent calpain activation / Y.-T. T. Yang, M. Whiteman, S. P. Gieseg // Biochim. Biophys. Acta. Mol. Cell Res. – 2012. – Vol. 1823, N 2. – P. 420–429. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2011.09.019

8. Повреждение митохондрий печени крыс при интоксикации тетрахлорметаном. Эффекты мелатонина / Ю. З. Максимчик [и др.] // Биол. мембраны. – 2010. – T. 27, № 3. – С. 262–271.

9. Hypochlorous acid damages erythrocyte membrane proteins and alters lipid bilayer structure and fluidity / I. B. Zavodnik

10. [et al.] // Free Radic. Biol. Med. – 2001. – Vol. 30, N 4. – P. 363–369. https://doi.org/10.1016/s0891-5849(00)00479-2

11. Hypochlorous acid-induced membrane pore formation in red blood cells / L. B. Zavodnik [et al.] // Bioelectrochemistry. – 2002. – Vol. 58, N 2. – P. 157–161. https://doi.org/10.1016/s1567-5394(02)00151-2

12. Johnson, D. Isolation of liver or kidney mitochondria / D. Johnson, H. A. Lardy // Meth. Enzymol. – 1967. – Vol. 10. – P. 94–96. https://doi.org/10.1016/0076-6879(67)10018-9

13. Protein measurement with the Folin phenol reagent / O. H. Lowry [et al.] // J. Biol. Chem. – 1951. – Vol. 193, N 1. – P. 265–275.

14. Millonig, G. A. Advantages of a phosphate buffer for osmium tetroxide solutions in fixation / G. A. Millonig // J. Appl. Рhysics. – 1961. – Vol. 32. – P. 1637–1643.

15. Reynolds, E. S. The use of lead citrate at high pH as an electron-opaque stain in electron microscopy / E. S. Reynolds // J. Cell. Biol. – 1963. – Vol. 17, N 1. – P. 208–212. https://doi.org/10.1083/jcb.17.1.208

16. Watson, M. L. Staining of tissue sections for electron microscopy with heavy metals. II. Application of solutions containing lead and barium / M. L. Watson // J. Cell Biol. – 1958. – Vol. 4, N 6. – P. 727–730. https://doi.org/10.1083/jcb.4.6.727

17. Åkerman, K. E. O. Safranine as a probe of the mitochondrial membrane potential / K. E. O. Åkerman, M. K. F. Wikström // FEBS Lett. – 1976. – Vol. 68, N 2. – P. 191–197. https://doi.org/10.1016/0014-5793(76)80434-6

18. Calcium-induced mitochondrial permeability transitions: parameters of Ca2+ ion interactions with mitochondria and effects of oxidative agents / N. G. Golovach [et al.] // J. Membr. Biol. – 2017. – Vol. 250, N 2. – P. 225–236. https://doi.org/10.1007/s00232-017-9953-2

19. Ультраструктура митохондрий и содержание в них свободных аминокислот при моделировании in vitro окислительного стресса воздействием трет-бутилгидропероксида: протекторное действие флавоноидов клюквы / И. Б. Заводник [и др.] // Лаб. диагностика. Вост. Европа. – 2018. – № 1. – С. 112–124.

20. The pro-inflammatory oxidant hypochlorous acid induces Bax-dependent mitochondrial permeabilisation and cell death through AIF-/EndoG-dependent pathways / M. Whiteman [et al.] // Cell. Signal. – 2007. – Vol. 19, N 4. – P. 705–714. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2006.08.019

21. Klamt, F. Taurine chloramine, an oxidant derived from neutrophils, induces apoptosis in human B lymphoma cells through mitochondrial damage / F. Klamt, E. Shacter // J. Biol. Chem. – 2005. – Vol. 280, N 22. – P. 21346–21352. https://doi.org/10.1074/jbc.m501170200

22. Hypochlorous acid inhibits glutathione S-conjugate export from human erythrocytes / M. Soszyński [et al.] // Biochim. Biophys. Acta. Biomembranes. – 2002. – Vol. 1564, N 2. – P. 479–486. https://doi.org/10.1016/s0005-2736(02)00500-x