Uz mitohondrijiem mērķētu vielu neiro-, kardio- un hepatoprotektīvie efekti anti-HIV vielu toksicitātes modeļos

Abstract

ANOTĀCIJA Promocijas darbā pētītas dažādu savienojumu vielas – mildronāts (azabutirobetaīna klase) un 1,4-dihidropiridīnu klases vielas – cerebrokrasts (ar tipisku biciklisku struktūru), glutapirons un tauropirons (abi aminoskābju saturoši) – kas spēj regulēt šūnu mitohondriālos procesus. Kā toksiskās mitohondriju disfunkciju izraisošas modeļvielas izmantoti anti-HIV preparāti – azidotimidīns, stavudīns, lamivudīns, indinavīrs un efavirēns. Eksperimenti veikti izolētos žurku aknu mitohondrijos, kā arī peļu neiro-, kardio- un hepatotoksicitātes modeļos. Audos ex vivo noteikta morfoloģiskā aina un dažādu marķieru ekspresija, kas liecina par iekaisumu (kodola faktors kappa Bp65 jeb NF-κBp65, inducējamā slāpekļa oksīda sintāze jeb iNOS, apoptozi (kaspāze-3, šūnas apoptozes jutības proteīns jeb CAS), mitohondriju (citohroma c oksidāze) un glijas astrocītu (glijas fibrilārais skabais proteīns jeb GFAP) funkcijām. Pirmo reizi esam parādījuši mildronāta spēju in vitro protektēt mitohondriālos procesus kompleksa I līmenī. Iegūtie dati pārliecinoši parāda, ka vielas, īpaši mildronāts un cerebrokrasts uzrāda izteiktu citoprotektīvu darbību, novēršot iekaisuma un deģeneratīvos procesus peļu sirds, smadzeņu un aknu audos. Aminoskābes saturošie 1,4-dihidropiridīna atvasinājumi glutapirons un tauropirons izraisīja darbības duālismu – gan iekaisumu un apoptozes veidošanos, gan protektīvu darbību, kas liek domāt, ka mitohondriji nav glutapirona un tauropirona galvenie mērķi šūnā. Mildronāta un cerebrokrasta protektīvie efekti dažādos šūnas funkciju un signālmolekulu līmeņos ļauj spriest, ka to vielu struktūru elementiem (farmakoforiem) ir būtiska loma mitohondriju aizsargāšanā. Mūsu rezultāti apstiprina darba koncepciju, ka mitohondriju protekcija ir jauna farmakoterapeitiska stratēģija dažādu patoloģiju (t.sk.neirodeģenetīvu slimību) profilaksē un ārstēšanā.

ANNOTATION The present study investigates four different compounds – mildronate, a representative of aza-butyrobetaine class, and atypical 1,4-dihydropyridine (DHP) derivatives: cerebrocrast (with bicyclic structure), glutapyrone and tauropyrone (both amino acid-containing DHPs), which are capable to regulate mitochondrial processes. Anti-HIV drugs – azidothymidine, stavudine, lamivudine, indinavir and efavirenz are used as mitochondria-compromizing substances. Experiments are carried out in isolated rat liver mitochondria, as well as in mice tissues of neuro-, cardio- and hepatotoxicity models by evaluating tissue morphology and the expression of markers indicating inflammation (nuclear factor kappa Bp65 or NF-κBp65, inducible nitric oxide synthase or iNOS), apoptosis (caspase-3, cellular apoptosis susceptibility protein or CAS), mitochondrial (cytochrome c oxidase) and glial astrocyte (glial fibrillary acidic protein or GFAP) functions. For the first time we have demonstrated that mildronate is capable to protect isolated rat liver mitochondria from azidothymidine-induced toxicity. The obtained data convincingly show cytoprotective action of the tested compounds (particularly mildronate and cerebrocrast) by protecting inflammatory and degenerative processes in mice cardiac, brain and liver tissues. Amino acid-containing DHPs glutapyrone and tauropyrone showed a dualism of action – the inflammation- and apoptosis-promoting and the protective action, suggesting that their action is directed to other than mitochondria target. The protective effects of mildronate and cerebrocrast manifested at different levels of cell functioning and molecules allow us to suggest that these compounds comprise the structure elements (pharmacophores) that play a significant role in mitochondrial protection. These data confirm the concept that mitochondria-targeting can be considered as novel pharmacotherapeutic strategy for the prophylaxis and treatment of different pathologies, particularly these of neurodegenerative diseases.