1. Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия 2. Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия; Воронежский государственный университет инженерных технологий, Воронеж, Россия
Пестициды представляет собой серьёзную проблему для работников сельского хозяйства из-за их нейротоксического действия. Цель данного исследования — оценить способность фармакологических разобщителей окислительного фосфорилирования снижать эффект дифеноконазола на митохондриальную ДНК (мтДНК) различных органов у мышей. Инъекции дифеноконазола вызывали когнитивные дефициты у мышей, а протонофор 2,4-динитрофенол (2,4-ДНФ) и азур I (АзI) — деметилированный метаболит метиленового синего (МС) — предотвращали ухудшение когнитивных способностей у мышей при введении дифеноконазола. Дифеноконазол увеличивает скорость продукции активных форм кислорода (АФК), вероятно, за счёт ингибирования комплекса I дыхательной цепи митохондрий. мтДНК лёгких, семенников и среднего мозга наиболее чувствительна к накоплению повреждений после внутрибрюшинного введения дифеноконазола. Напротив, кора головного мозга и гиппокамп не устойчивы к действию дифеноконазола. Протонофор 2,4-динитрофенол (2,4-ДНФ) снижал скорость образования АФК и значительно сокращал количество повреждений мтДНК, вызванных дифеноконазолом в среднем мозге, а также, частично, в лёгких и семенниках. МС — альтернативный переносчик электронов, способный обходить ингибированный комплекс I, — не оказывал влияния на эффект дифеноконазола на мтДНК, тогда как его метаболит АзI — деметилированный метаболит МС — способен защищать мтДНК среднего мозга и семенников. Таким образом, митохондриально-направленная терапия является перспективным подходом к снижению токсичности пестицидов для работников сельского хозяйства.
Чернышова Е.В., Потанина Д.В., Садовникова И.С., Крутских Е.П., Володина Д.Е., Самойлова Н.А., Гуреев А.П. (2024) Изучение протекторного эффекта митохондриальных разобщителей при острой токсичности фунгицида дифеноконазола в различных органах мышей. Биомедицинская химия, 70(1), 41-51.
Чернышова Е.В. и др. Изучение протекторного эффекта митохондриальных разобщителей при острой токсичности фунгицида дифеноконазола в различных органах мышей // Биомедицинская химия. - 2024. - Т. 70. -N 1. - С. 41-51.
Чернышова Е.В. и др., "Изучение протекторного эффекта митохондриальных разобщителей при острой токсичности фунгицида дифеноконазола в различных органах мышей." Биомедицинская химия 70.1 (2024): 41-51.
Чернышова, Е. В., Потанина, Д. В., Садовникова, И. С., Крутских, Е. П., Володина, Д. Е., Самойлова, Н. А., Гуреев, А. П. (2024). Изучение протекторного эффекта митохондриальных разобщителей при острой токсичности фунгицида дифеноконазола в различных органах мышей. Биомедицинская химия, 70(1), 41-51.
Список литературы
Syromyatnikov M.Y., Gureev A.P., Starkova N.N., Savinkova O.V., Starkov A.A., Lopatin A.V., Popov V.N. (2020) Method for detection of mtDNA damages for evaluating of pesticides toxicity for bumblebees (Bombus terrestris L.). Pestic. Biochem. Physiol., 169, 104675. CrossRef Scholar google search
Sule R.O., Condon L., Gomes A.V. (2022) A common feature of pesticides: Oxidative stress — the role of oxidative stress in pesticide-induced toxicity. Oxid. Med. Cell. Longev., 2022, 5563759. CrossRef Scholar google search
Mostafalou S., Abdollahi M. (2013) Pesticides and human chronic diseases: Evidences, mechanisms, and perspectives. Toxicol. Appl. Pharmacol., 268(2), 157-177. CrossRef Scholar google search
Gureev A.P., Sitnikov V.V., Pogorelov D.I., Vitkalova I.Y., Igamberdiev A.U., Popov V.N. (2022) The effect of pesticides on the NADH-supported mitochondrial respiration of permeabilized potato mitochondria. Pestic. Biochem. Physiol., 183, 105056. CrossRef Scholar google search
Арутюнян А.В., Козина Л.С. (2009) Механизмы свободнорадикального окисления и его роль в старении. Успехи геронтологии, 22, 104-116. Scholar google search
Skulachev V.P. (1999) Uncoupling of Respiration and Phosphorylation. In: Frontiers of Cellular Bioenergetics: Molecular Biology, Biochemistry, and Physiopathology (Papa S., Guerrieri F., Tager J.M., eds.), Kluwer Academic/ Plenum Press, pp. 89-118. CrossRef Scholar google search
Rajendran J., Purhonen J., Tegelberg S., Smolander O.-P., Mörgelin M., Rozman J., Gailus-Durner V., Fuchs H., Hrabe de Angelis M., Auvinen P., Mervaala E., Jacobs H.T., Szibor M., Fellman V., Kallijärvi J. (2019) Alternative oxidase-mediated respiration prevents lethal mitochondrial cardiomyopathy. EMBO Mol. Med., 11(1), e9456. CrossRef Scholar google search
Schirmer R.H., Adler H., Pickhardt M., Mandelkow E. (2011) Lest we forget you — methylene blue. Neurobiol. Aging, 32, 2325.e7-2325.e16. CrossRef Scholar google search
Gureev A.P., Syromyatnikov M.Yu., Ignatyeva D.A., Valuyskikh V.V., Solodskikh S.A., Panevina A.V., Gryaznova M.V., Kokina A.V., Popov V.N. (2020) Effect of long-term methylene blue treatment on the composition of mouse gut microbiome and its relationship with the cognitive abilities of mice. PLoS One, 15(11), e0241784. CrossRef Scholar google search
Gureev A.P., Shaforostova E.A., Popov V.N., Starkov A.A. (2019) Methylene blue does not bypass complex III antimycin block in mouse brain mitochondria. FEBS Lett., 593, 499-503. CrossRef Scholar google search
Gureev A.P., Shaforostova E.A., Starkov A.A., Popov V.N. (2017) Simplified qPCR method for detecting excessive mtDNA damage induced by exogenous factors. Toxicology, 382, 67-74. CrossRef Scholar google search
Mamane A., Baldi I., Tessier J.F., Raherison C., Bouvier G. (2015) Occupational exposure to pesticides and respiratory health. Eur. Respir. Rev., 24, 306-329. CrossRef Scholar google search
Rosanna D.P., Salvatore C. (2012) Reactive oxygen species, inflammation, and lung diseases. Curr. Pharm. Des., 18, 3889-3890. CrossRef Scholar google search
Khwanes S.A., Mohamed R.A., Ibrahim K.A., Abd El-Rahman H.A. (2022) Ginger reserves testicular spermatogenesis and steroidogenesis in difenoconazoleintoxicated rats by conducting oxidative stress, apoptosis and proliferation. Andrologia, 54, e14241. CrossRef Scholar google search
Koifman S., Koifman R.J., Meyer A. (2002) Human reproductive system disturbances and pesticide exposure in Brazil. Cad. Saude Publica, 18, 435-445. CrossRef Scholar google search
Jiang J., Chen L., Wu S., Lv L., Liu X., Wang Q., Zhao X. (2020) Effects of difenoconazole on hepatotoxicity, lipid metabolism and gut microbiota in zebrafish (Danio rerio). Environ. Pollut., 265, 114844. CrossRef Scholar google search
Zhu J., Liu C., Wang J., Liang Y., Gong X., You L., Ji C., Wang S.L., Wang C., Chi X. (2021) Difenoconazole induces cardiovascular toxicity through oxidative stress-mediated apoptosis in early life stages of zebrafish (Danio rerio). Ecotoxicol. Environ. Saf., 216, 112227. CrossRef Scholar google search
Liu F., Wang Y., Chen L., Bello B.K., Zhang T., Yang H., Li X., Pan E., Feng H., Dong J. (2022) Difenoconazole disrupts the blood-brain barrier and results in neurotoxicity in carp by inhibiting the Nrf2 pathway mediated ROS accumulation. Ecotoxicol. Environ. Saf., 244, 114081. CrossRef Scholar google search
Syromyatnikov M.Y., Kokina A.V., Lopatin A.V., Starkov A.A., Popov V.N. (2017) Evaluation of the toxicity of fungicides to flight muscle mitochondria of bumblebee (Bombus terrestris L.). Pestic. Biochem. Physiol., 135, 41-46. CrossRef Scholar google search
Gureev A.P., Shaforostova E.A., Laver D.A., Khorolskaya V.G., Syromyatnikov M.Y., Popov V.N. (2019) Methylene blue elicits non-genotoxic H2O2 production and protects brain mitochondria from rotenone toxicity. J. Appl. Biomed., 17, 107-114. CrossRef Scholar google search
Baynes J.W., Thorpe S.R. (2000) Glycoxidation and lipoxidation in atherogenesis. Free Radic. Biol. Med., 28, 1708-1716. CrossRef Scholar google search
Horowitz M.P., Milanese C., di Maio R., Hu X., Montero L.M., Sanders L.H., Tapias V., Sepe S., van Cappellen W.A., Burton E.A., Greenamyre J.T., Mastroberardino P.G. (2011) Single-cell redox imaging demonstrates a distinctive response of dopaminergic neurons to oxidative insults. Antioxid. Redox Signal., 15, 855-871. CrossRef Scholar google search
Filograna R., Lee S., Tiklová K., Mennuni M., Jonsson V., Ringnér M., Gillberg L., Sopova E., Shupliakov O., Koolmeister C., Olson L., Perlmann T., Larsson N.-G. (2021) Mitochondrial dysfunction in adult midbrain dopamine neurons triggers an early immune response. PLoS Genet., 17, e1009822. CrossRef Scholar google search
Trist B.G., Hare D.J., Double K.L. (2019) Oxidative stress in the aging substantia nigra and the etiology of Parkinson's disease. Aging Cell, 18, e13031. CrossRef Scholar google search
Hegarty S.V., Sullivan A.M., O'Keeffe G.W. (2013) Midbrain dopaminergic neurons: A review of the molecular circuitry that regulates their development. Dev. Biol., 379, 123-138. CrossRef Scholar google search
Collin F. (2019) Chemical basis of reactive oxygen species reactivity and involvement in neurodegenerative diseases. Int. J. Mol. Sci., 20, 2407. CrossRef Scholar google search
de Gray A. (2005) Reactive oxygen species production in the mitochondrial matrix: Implications for the mechanism of mitochondrial mutation accumulation. Rejuvenation Res., 8, 13-17. CrossRef Scholar google search
Mposhi A., van der Wijst M., Faber K.N., Rots M.G. (2017) Regulation of mitochondrial gene expression the epigenetic enigma. Front. Biosci., 22, 1099-1113. CrossRef Scholar google search
Abdel-Salam O.M.E., Youness E., Mohamed N., Shaffie N. (2017) The effect of 2,4-dinitrophenol on oxidative stress and neuronal damage in rat brain induced by systemic rotenone injection. Reactive Oxygen Species, 3, 135-147. CrossRef Scholar google search
Lee Y., Heo G., Lee K.M., Kim A.H., Chung K.W., Im E., Chung H.Y., Lee J. (2017) Neuroprotective effects of 2,4-dinitrophenol in an acute model of Parkinson's disease. Brain Res., 1663, 184-193. CrossRef Scholar google search
Geisler J.G., Marosi K., Halpern J., Mattson M.P. (2017) DNP, mitochondrial uncoupling, and neuroprotection: A little dab'll do ya. Alzheimers Dement., 13, 582-591. CrossRef Scholar google search
Stott S.R.W., Barker R.A. (2014) Time course of dopamine neuron loss and glial response in the 6-OHDA striatal mouse model of Parkinson's disease. Eur. J. Neurosci., 39, 1042-1056. CrossRef Scholar google search
Wu B., Jiang M., Peng Q., Li G., Hou Z., Milne G.L., Mori S., Alonso R., Geisler J.G., Duan W. (2017) 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., 293, 83-90. CrossRef Scholar google search
Korde A.S., Pettigrew L.C., Craddock S.D., Maragos W.F. (2005) The mitochondrial uncoupler 2,4-dinitrophenol attenuates tissue damage and improves mitochondrial homeostasis following transient focal cerebral ischemia. J. Neurochem., 94, 1676-1684. CrossRef Scholar google search
Pandya J.D., Pauly J.R., Nukala V.N., Sebastian A.H., Day K.M., Korde A.S., Maragos W.F., Hall E.D., Sullivan P.G. (2007) Post-injury administration of mitochondrial uncouplers increases tissue sparing and improves behavioral outcome following traumatic brain injury in rodents. J. Neurotrauma, 24, 798-811. CrossRef Scholar google search
Patel S.P., Sullivan P.G., Pandya J.D., Rabchevsky A.G. (2009) Differential effects of the mitochondrial uncoupling agent, 2,4-dinitrophenol, or the nitroxide antioxidant, tempol, on synaptic or nonsynaptic mitochondria after spinal cord injury. J. Neurosci. Res., 87, 130-140. CrossRef Scholar google search
Wen Y., Li W., Poteet E.C., Xie L., Tan C., Yan L.-J., Ju X., Liu R., Qian H., Marvin M.A., Goldberg M.S., She H., Mao Z., Simpkins J.W., Yang S.-H. (2011) Alternative mitochondrial electron transfer as a novel strategy for neuroprotection. J. Biol. Chem., 286, 16504-16515. CrossRef Scholar google search
Krutskikh E.P., Potanina D.V., Samoylova N.A., Gryaznova M.V., Sadovnikova I.S., Gureev A.P., Popov V.N. (2022) Brain protection by methylene blue and its derivative, azur B, via activation of the Nrf2/ARE pathway in cisplatininduced cognitive impairment. Pharmaceuticals (Basel), 15, 815. CrossRef Scholar google search
Gureev A.P., Syromyatnikov M.Y., Gorbacheva T.M., Starkov A.A., Popov V.N. (2016) Methylene blue improves sensorimotor phenotype and decreases anxiety in parallel with activating brain mitochondria biogenesis in mid-age mice. Neurosci. Res., 113, 19-27. CrossRef Scholar google search
Haouzi P., McCann M., Tubbs N. (2020) Azure B as a novel cyanide antidote: Preclinical in-vivo studies. Toxicol. Rep., 7, 1459-1464. CrossRef Scholar google search
Pakavathkumar P., Sharma G., Kaushal V., Foveau B., LeBlanc A.C. (2015) Methylene blue inhibits caspases by oxidation of the catalytic cysteine. Sci. Rep., 5, 13730. CrossRef Scholar google search
Wainwright M., Amaral L. (2005) Review: The phenothiazinium chromophore and the evolution of antimalarial drugs. Tropical Medicine International Health, 10, 501-511. CrossRef Scholar google search
