ВПЛИВ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДНЮ НА ОКИСНЮВАЛЬНУ МОДИФІКАЦІЮ ПРОТЕЇНІВ ПРИ КОЛОРЕКТАЛЬНОМУ РАКУ В ЕКСПЕРИМЕНТІ

О. О. Покотило; О. С. Покотило; М. М. Корда

doi:10.11603/mcch.2410-681X.2024.i1.14592

Автор(и)

О. О. Покотило ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ І. Я. ГОРБАЧЕВСЬКОГО МОЗ УКРАЇНИ
О. С. Покотило ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ
М. М. Корда ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ І. Я. ГОРБАЧЕВСЬКОГО МОЗ УКРАЇНИ

DOI:

https://doi.org/10.11603/mcch.2410-681X.2024.i1.14592

Ключові слова:

молекулярний водень, воднева вода, окиснювальний стрес, колоректальний рак

Анотація

Вступ. Важливу роль у патогенезі розвитку колоректального раку відіграє окиснювальний стрес або дисбаланс прооксидантно/антиоксидантного гомеостазу, що призводить до окиснювальної модифікації протеїнів і посиленого утворення протеїнових карбонільних груп. Наявність окиснювального стресу при колоректальному раку потребує ефективної антиоксидантної терапії. Останніми роками зростає інтерес до дослідження молекулярного водню як інертного газу, який ефективно проявляє антиоксидантну дію.

Мета дослідження – дослідити вплив води, насиченої молекулярним воднем, на вміст карбонільних груп окисномодифікованих протеїнів у сироватці крові білих щурів з колоректальним раком.

Методи дослідження. Досліди проведено на 50 самцях білих щурів лінії Вістар. Тваринам моделювали колоректальний рак (КРР) шляхом підшкірного введення 1,2-диметилгідразину в дозі 7,2 мг/кг маси тіла 1 раз на тиждень упродовж 30 тижнів. Щури споживали воду, насичену молекулярним воднем, у концентрації 0,6 ppm ad libitum. Евтаназію тварин проводили під тіопенталовим наркозом. Для дослідження використовували сироватку крові, в якій визначали вміст карбонільних груп колориметричним методом. Статистичну обробку даних виконували за допомогою пакета програмного забезпечення SPSS22.

Результати й обговорення. Встановлено, що моделювання колоректального раку призводило до збільшення вмісту карбонільних груп у сироватці крові щурів в 1,93 раза порівняно з інтактними тваринами. Вміст карбонільних груп у сироватці крові щурів з колоректальним раком, які споживали воду, насичену молекулярним воднем, упродовж 30 тижнів паралельно із введенням 1,2-диметилгідразину, був в 1,29 раза меншим, ніж у тварин з колоректальним раком, які споживали звичайну воду. Споживання насиченої молекулярним воднем води впродовж 30 днів після моделювання колоректального раку білим щурам також призводило до зниження вмісту карбонільних груп у сироватці їх крові.

Висновки. Застосування насиченої молекулярним воднем води є ефективним методом зменшення окиснювального стресу в щурів з колоректальним раком.

Посилання

Siegel R.L, Miller K.D., Goding Sauer A. (2020). Colorectal cancer statistics, CA: Cancer Journal for Clinicians., 70(3), 145-164. DOI: 10.3322/caac.21601

Sung H., Ferlay J., Siegel R.L., Laversanne M., Soerjomataram I., Jemal A., Bray F. (2021). Global Cancer Statistics: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA Cancer J. Clin., 71, 209-249.

Ayla O., Metin O. (2015). Biochemistry of Reactive Oxygen and Nitrogen Species. Basic Principles and Clinical Significance of Oxidative Stress; Sivakumar Joghi Thatha. Intech Open: Rijeka – Croatia.

Basak D., Uddin M.N., Hancock J. (2020). The Role of Oxidative Stress and Its Counteractive Utility in Colorectal Cancer (CRC). Cancers., 12.

Boakye D., Jansen L., Schottker B. (2020). Blood markers of oxidative stress are strongly associated with poorer prognosis in colorectal cancer patients. Int. J. Cancer, 147, 2373-2386.

Liou G.Y., Storz P. (2010). Reactive oxygen species in cancer. Free Radic. Res., 44, 479-496. DOI: 10. 3109/10715761003667554

Sreevalsan, S., Safe, S. (2013). Reactive oxygen species and colorectal cancer .Current Colorectal Cancer Reports, 9 (4), 350-357. DOI: 10.1007/s11888-013-0190-5

Isabella Dalle-Donne, Ranieri Rossi, Daniela Giustarini, Aldo Milzani, Roberto Colombo. (2003). Protein carbonyl groups as biomarkers of oxidative stress. Clinica Chimica Acta. – 329. – Iss. 1–2, 23-38. DOI: 10.1016/S0009-8981(03)00003-2

Kachur, O., Fira, L., Lykhatskyі, P., Fira, D., Stechyshyn, I. (2021). The state of pro- and antioxidant systems in rats with DMH-induced colon carcinogenesis on the background of extracorporeal detoxification. Pharmacia, 68(4), 941-946.

Mitsugu Akagawa. (2021). Protein carbonylation: molecular mechanisms, biological implications, and analytical approaches. Free Radical Research, 55 (4), 307-320. DOI: 10.1080/10715762.2020.1851027

Slezák, J., Kura, B., Frimmel, K. (2016). Preventive and therapeutic application of molecular hydrogen in situations with excessive production of free radicals. Physiol. Res., 65 (Suppl.1), 11-28. DOI: 10.33549/physiolres.933414

Ram B. Singh, Zuzana Sumbalova, Ghizal Fatima, Viliam Mojto, Jan Fedacko, Alex Tarnava, Oleg Pokotylo, Anna Gvozdjakova, Kristina Ferenczyova, Jana Vlkovicova, Branislav Kura, Barbora Kalocayova, Pavol Zenuch, Jan Slezak. (2024). Effects of Molecular Hydrogen in the Pathophysiology and Management of Cardiovascular and Metabolic Diseases. Rev. Cardiovasc. Med. 25(1), 33. DOI: 10.31083/j.rcm2501033

Xiao L., Miwa N. (2017). Hydrogen-rich water achieves cytoprotection from oxidative stress injury in human gingival fibroblasts in culture or 3D-tissue equivalents, and wound-healing promotion, together with ROS-scavenging and relief from glutathione diminishment. Hum. Cell, 30 (2), 72-87. DOI: 10.1007/s13577-016-0150-x

Pokotylo, O.S., Pokotylo, O.O., Korda, M.M. (2023). Effects of biological action of molecular hydrogen. Medychna ta klinichna khimiia, 25, No. 2,102-121.

Pokotylo O. S., Korda M. M., Kravchuk Yu. S. (2021). The role of molecular hydrogen and nitric oxide in the pathogenesis of COVID-19. Medychna ta klinichna khimiia, (1), 93-100. DOI: 10.11603/mcch.2410-681X. 2021.i1.12119

Ohsawa, I., Ishikawa, M., Takahashi, K. (2007). Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat. Med., 13, 688-694.

Runtuwene J., Amitani H., Amitani M., Asakawa A., Cheng K.C., Inui A. (2015). Hydrogen-water enhances 5-fluorouracil-induced inhibition of colon cancer. Peer J., 3 e859. DOI: 10.7717/peerj.859

Yang Q., Ji G., Pan R., Zhao Y., Yan P. (2017). Protective effect of hydrogen-rich water on liver function of colorectal cancer patients treated with mFOLFOX6 chemotherapy. Mol. Clin. Oncol., 7, 891-896. DOI: 10. 3892/mco.2017.1409

Perse, M., Cerar, A. (2011). Morphological and molecular alterations in 1,2 dimethylhydrazine and azoxymethane induced colon carcinogenesis in rats. J. Biomed. Biotechnol. Article ID 473964 – 14 pages. DOI: 10.1155/2011/473964

(1986). European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. – Council of Europe, Strasbourg.

Lowry, O.H., Rosebrough, N.J., Farr, A.L. (1951). Protein measurement with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem.,193, 265-275.

De-Souza, A.S.C., Costa-Casagrande, T.A. (2018). Animal models for colorectal cancer. Arq. Bras. Cir. Dig., 31, 1369.

Shen Luo, Nancy B. Wehr. (2009). Protein carbonylation: avoiding pitfalls in the 2,4-dinitrophenylhydrazine assay. Redox Report., 14 (4), 159-166 DOI: 10.1179/135100009X392601

Okeh, U. (2009). Statistical problems in medical research. East Afr. J. Public Health. 6 (1), 1-7.

Corpet, D.E., Pierre, F. (2005). How good are rodent models of carcinogenesis in predicting efficacy in humans? A systematic review and meta-analysis of colon chemoprevention in rats, mice and men. Eur. J. Cancer. 41, 1911-1922.

Hennie Marie Johnsen, Marianne Hiorth, Jo Klaveness. (2023). Molecular Hydrogen Therapy – A Review on Clinical Studies and Outcomes. Molecules 28(23),7785. DOI: 10.3390/molecules28237785

Sun Q., Han W., Nakao A. (2015). Biological safety of hydrogen. Hydrogen Molecular Biology and Medicine; Springer: Dordrecht, The Netherlands, 35-48.

Wang D., Wang L., Zhang Y., Zhao Y., Chen G. (2018). Hydrogen gas inhibits lung cancer progression through targeting SMC3. Biomed. Pharmacother., 104, 788-797.

Zhang, J.H., Matei, N., Camara, R. (2018). Emerging mechanisms and novel applications of hydrogen gas therapy. Med. Gas Res., 8, 98-102.

Mitsugu Akagawa. (2021). Protein carbonylation: molecular mechanisms, biological implications, and analytical approaches. Free Radical Research, 55(4), 307-320. DOI: 10.1080/10715762.2020.1851027

Thomas Nyström. (2005). Role of oxidative carbonylation in protein quality control and senescence. The EMBO Journal, 24, 1311-1317. DOI: 10.1038/sj.emboj.7600599

Young Rim Song, Jwa-Kyung Kim, Hyung-Seok Lee, Sung Gyun Kim, Eun-Kyoung Choi. (2020). Serum levels of protein carbonyl, a marker of oxidative stress, are associated with overhydration, sarcopenia and mortality in hemodialysis patients. BMC Nephrology. 21(21), 281, 2-11.

Rodney L. Levine, Joy A. Williams, Earl P. Stadtman, Emily Shacter. (1994). Carbonyl assays for determination of oxidatively modified proteins. Methods in Enzymology. 233, 346-357. DOI: 10.1016/S0076-6879(94)33040-9