Сахарный диабет первого типа (СД1) — наиболее тяжёлая форма диабета, которая характеризуется абсолютной недостаточностью инсулина, вызванной деструкцией бета-клеток поджелудочной железы. Целью данной работы было оценить влияние структурного аналога апелина-12 ((NαMe)Arg-Pro-Arg-Leu-Ser-His-Lys-Gly-Pro-Nle-Pro-Phe-OH, метилин) на гипергликемию, параметры дыхания митохондрий (МХ) в пермеабилизированных волокнах левого желудочка (ЛЖ) сердца, энергетическое состояние миокарда и повреждение мембран кардиомиоцитов на модели стрептозотоцинового (СТЗ) диабета у крыс. Метилин получали методом твердофазного синтеза с использованием Fmoc-стратегии и очищали с помощью ВЭЖХ. Использовали четыре группы животных: исходное состояние (ИС); контроль (К), диабет (Д) и животных с диабетом, дополнительно получавших метилин (ДМ). Оценивали уровень глюкозы в крови, дыхание митохондрий (МХ) в волокнах ЛЖ, содержание ATP, ADP, AMP, фосфокреатина (PCr) и креатина (Cr) в сердце, активность креатинкиназы-МВ (КК-МВ) и лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в плазме крови. Введение метилина крысам, получавшим СТЗ, снижало уровень глюкозы в крови, увеличивало потребление кислорода в состоянии 3 и дыхательный контроль в МХ пермеабилизированных волокон ЛЖ, повышало функциональное связывание митохондриальной КК с окислительным фосфорилированием по сравнению с этими параметрами в группе Д. Под действием метилина у животных, получавших СТЗ, наблюдали повышение содержания PCr и предотвращение потери общего креатина (ΣCr=PCr+Cr) в диабетическом сердце, восстановление отношения PCr/ATP в миокарде и снижение активности КК-МВ и ЛДГ в плазме до исходных значений. Таким образом, метилин предотвращал нарушения биоэнергетики кардиомиоцитов при моделировании СД1.
Студнева И.М. и др. Структурный аналог апелина-12 препятствует нарушениям энергетики сердца при экспериментальном сахарном диабете 1 типа // Биомедицинская химия. - 2024. - Т. 70. -N 3. - С. 135-144.
Студнева И.М. и др., "Структурный аналог апелина-12 препятствует нарушениям энергетики сердца при экспериментальном сахарном диабете 1 типа." Биомедицинская химия 70.3 (2024): 135-144.
Студнева, И. М., Веселова, О. М., Доброхотов, И. В., Серебрякова, Л. И., Палькеева, М. Е., Авдеев, Д. В., Молокоедов, А. С., Сидорова, М. В., Писаренко, О. И. (2024). Структурный аналог апелина-12 препятствует нарушениям энергетики сердца при экспериментальном сахарном диабете 1 типа. Биомедицинская химия, 70(3), 135-144.
Список литературы
Tao L.-C., Wang T.-T., Zheng L., Hua F., Li J.-J. (2022) The role of mitochondrial biogenesis dysfunction in diabetic cardiomyopathy. Biomol. Ther., 30(5), 399–408. CrossRef Scholar google search
Labieniec-Watala M., Siewiera K., Jozwiak Z. (2011) Resorcylidene aminoguanidine (RAG) improves cardiac mitochondrial bioenergetics impaired by hyperglycaemia in a model of experimental diabetes. Int. J. Mol. Sci., 12, 8013–8026. CrossRef Scholar google search
Duncan J.G. (2011) Mitochondrial dysfunction in diabetic cardiomyopathy. Biochim. Biophys. Acta, 1813(7), 1351–1359. CrossRef Scholar google search
Kinjo T., Higashi H., Uno K., Kuramoto N. (2021) Apelin/apelin receptor system: molecular characteristics, physiological roles, and prospects as a target for disease prevention and pharmacotherapy. Curr. Mol. Pharmacol., 14, 210–219. CrossRef Scholar google search
Hu G., Wang Z., Zhang R., Sun W., Chen X. (2021) The role of apelin/apelin receptor in energy metabolism and water homeostasis: A comprehensive narrative review. Front. Physiol., 10(12), 632886. CrossRef Scholar google search
Palmer E.S., Irwin N., O'Harte F.P.M. (2022) Potential therapeutic role for apelin and related peptides in diabetes: An update. Clin. Med. Insights: Endocrinol. Diabetes, 15, 11795514221074679. CrossRef Scholar google search
Ashley E.A., Powers J., Chen M., Kundu R., Finsterbach T., Caffarelli A., Deng A., Eichhorn J., Mahajan R., Agrawal R., Greve J., Robbins R., Patterson A.J., Bernstein D., Quertermous T. (2005) The endogenous peptide apelin potently improves cardiac contractility and reduces cardiac loading in vivo. Cardiovasc. Res., 65(1), 73–82. CrossRef Scholar google search
Sidorova M.V., Az'muko A.A., Pal'keeva M.E., Molokoedov A.S., Bushuev V.N., Dvoriantsev S.N., Shul'zhenko V.S., Pelogeykina Y.A., Pisarenko O.I., Bespalova Zh.D. (2012) Synthesis and cardioprotective properties of apelin-12 and its structural analogs. Russ. J. Bioorg. Chem., 38, 40–51. CrossRef Scholar google search
Pisarenko O., Shulzhenko V., Studneva I., Pelogeykina Y., Timoshin A., AnesiaR., Valet P., Parini A., Kunduzova O. (2015) Structural apelin analogues: Mitochondrial ROS inhibition and cardiometabolic protection in myocardial ischaemia-reperfusion injury. Br. J. Pharmacol., 172, 2933–2945. CrossRef Scholar google search
Knorr R., Trzeciak A., Bannwarth W., Gillessen D. (1989) New coupling reagents in peptide chemistry. Tetrahedron Lett., 30, 1927–1930. CrossRef Scholar google search
Chen H., Brahmbhatt S., Gupta A., Sharma A.C. (2005) Duration of streptozotocin-induced diabetes differentially affects p38-mitogen-activated protein kinase (MAPK) phosphorylation in renal and vascular dysfunction. Cardiovasc. Diabetol., 4, 3. CrossRef Scholar google search
Saks V.A., Veksler V.I., Kuznetsov A.V., Kay L., Sikk P., Tiivel T., Tranqui L., Olivares J., Winkler K., Wiedemann F., Kunz W.S. (1998) Permeabilized cell and skinned fiber techniques in studies of mitochondrial function in vivo. Mol. Cell. Biochem., 184(1–2), 81–100. CrossRef Scholar google search
Kuznetsov A.V., Veksler V.I., Gellerich F.N., Saks V.A., Margreiter R., Kunz W.S. (2008) Analysis of mitochondrial function in situ in permeabilized muscle fibers, tissues and cells. Nature Protocols, 3(6), 965–976. CrossRef Scholar google search
Bergmeyer H.U. (1974) In: Methods of Enzymatic Analysis, 4th ed., New York, Academic Press, pp. 1196–1200, 1475–1478, 1772–1776, 1777–1781, 2101–2110. Scholar google search
Vanderlinde R.E. (1985) Measurement of total lactate dehydrogenase activity. Ann. Clin. Lab. Sci., 15, 13–31. Scholar google search
Avram V.F., Merce A.P., Hâncu I.M., Bătrân A.D., Kennedy G., Rosca M.G., Muntean D.M. (2022) Impairment of mitochondrial respiration in metabolic diseases: An overview. Int. J. Mol. Sci., 23, 8852. CrossRef Scholar google search
Dominiak K., Jarmuszkiewicz W. (2021) The relationship between mitochondrial reactive oxygen species production and mitochondrial energetics in rat tissues with different contents of reduced coenzyme Q. Antioxidants, 10(4), 533. CrossRef Scholar google search
Guzun R., Timohhina N., Tepp K., Monge C., Kaambre T., Sikk P., Kuznetsov A.V., Pison C., Saks V. (2009) Regulation of respiration controlled by mitochondrial creatine kinase in permeabilized cardiac cells in situ: Importance of system level properties. Biochim. Biophys. Acta, 1787(9), 1089–1105. CrossRef Scholar google search
Bugger H., Abel E.D. (2010) Mitochondria in the diabetic heart. Cardiovasc. Res., 88(2), 229–240. CrossRef Scholar google search
Neubauer S., Horn M., Cramer M., Harre K., Newell J.B., Peters W., Pabst T., Ertl G., Hahn D., Ingwall J.S., Kochsiek K. (1997) Myocardial phosphocreatine-to-ATP ratio is a predictor of mortality in patients with dilated cardiomyopathy. Circulation, 96(7), 2190–2196. CrossRef Scholar google search
de Wit-Verheggen V.H.W., Schrauwen-Hinderling V.B., Brouwers K., Jörgensen J.A., Schaart G., Gemmink A., Nascimento E.B.M., Hesselink M.K.C., Wildberger J.E., Segers P., Montaigne D., Staels B., Schrauwen P., Lindeboom L., Hoeks J., van de Weijer T. (2023) PCr/ATP ratios and mitochondrial function in the heart. A comparative study in humans. Sci. Rep., 13, 8346. CrossRef Scholar google search
Huang E.J., Kuo W.W., Chen Y.J., Chen T.H., Chang M.H., Lu M.C., Tzang B.S., Hsu H.H., Huang C.Y., Lee S.D. (2006) Homocysteine and other biochemical parameters in type 2 diabetes mellitus with different diabetic duration or diabetic retinopathy. Clinica Chimica Acta, 366, 293–298. CrossRef Scholar google search
Fuleshwor M., Pratik A., Deepak K. (2013) Study of lipid profile and the effect of cardiac enzymes in type 2 diabetes mellitus patient developing coronary heart disease. Int. Res. J. Pharm. Appl. Sci., 3, 51-54. Scholar google search
Zervou S., Whittington H.J., Russell A.J., Lygate C.A. (2016) Augmentation of creatine in the heart. Mini Rev. Med. Chem., 16, 19–28. CrossRef Scholar google search
Hegab I.I. (2018) Ameliorative effect of apelin on streptozotocin-induced diabetes and its associated cardiac hypertrophy. Alexandria J. Med., 54(2), 119–127. CrossRef Scholar google search
Attané C., Daviaud D., Dray C., Dusaulcy R., Masseboeuf M., Prévot D., Carpéné C., Castan-Laurell I., Valet P. (2011) Apelin stimulates glucose uptake but not lipolysis in human adipose tissue ex vivo. J. Mol. Endocrinol., 46, 21–28. CrossRef Scholar google search
Li C., Cheng H., Adhikari B.K., Wang S., Yang N., Liu W., Sun J., Wang Y. (2022) The role of apelin-APJ system in diabetes and obesity. Front. Endocrinol., 13, 820002. CrossRef Scholar google search
Gao Z., Zhong X., Tan Y.X., Liu D. (2021) Apelin13 alleviates diabetic nephropathy by enhancing nitric oxide production and suppressing kidney tissue fibrosis. Int. J. Mol. Med., 48(3), 175. CrossRef Scholar google search
Chen H., Zheng C., Zhang X., Li J., Li J., Zheng L., Huang K. (2011) Apelin alleviates diabetes-associated endoplasmic reticulum stress in the pancreas of Akita mice. Peptides, 32(8), 1634–1639. CrossRef Scholar google search
Pisarenko O.I., Lankin V.Z., Konovalova G.G., Serebryakova L.I., Shulzhenko V.S., Timoshin A.A., Tskitishvili O.V., Pelogeykina Y.A., Studneva I.M. (2014) Apelin-12 and its structural analog enhance antioxidant defense in experimental myocardial ischemia and reperfusion. Mol. Cell. Biochem., 391(1–2), 241–250. CrossRef Scholar google search
Pisarenko O.I., Shulzhenko V.S., Studneva I.M., Serebryakova L.I., Pelogeykina Y.A., Veselova O.M. (2015) Signaling pathways of a structural analogue of apelin-12 involved in myocardial protection against ischemia/reperfusion injury. Peptides, 73, 67–76. CrossRef Scholar google search
Kaludercic N., di Lisa F. (2020) Mitochondrial ROS formation in the pathogenesis of diabetic cardiomyopathy. Front. Cardiovasc. Med., 7, 12. CrossRef Scholar google search
Attané C., Foussal C., le Gonidec S., Benani A., Daviaud D., Wanecq E., Guzmán-Ruiz R., Dray C., Bezaire V., Rancoule C., Kuba K., Ruiz-Gayo M., Levade T., Penninger J., Burcelin R., Pénicaud L., Valet P., Castan-Laurell I. (2012) Apelin treatment increases complete fatty acid oxidation, mitochondrial oxidative capacity, and biogenesis in muscle of insulin-resistant mice. Diabetes, 61, 310–320. CrossRef Scholar google search
Alfarano C., Foussal C., Lairez O., Calise D., Attané C., Anesia R., Daviaud D., Wanecq E., Parini A., Valet P., Kunduzova O. (2015) Transition from metabolic adaptation to maladaptation of the heart in obesity: Role of apelin. Int. J. Obesity, 39, 312–320. CrossRef Scholar google search
Than A., Zhang X., Leow M.K., Poh C.L., Chong S.K., Chen P. (2014) Apelin attenuates oxidative stress in human adipocytes. J. Biol. Chem., 28, 4763–4774. CrossRef Scholar google search
An S., Wang X., Shi H., Zhang X., Meng H., Li W., Chen D., Ge J. (2020) Apelin protects against ischemia-reperfusion injury in diabetic myocardium via inhibiting apoptosis and oxidative stress through PI3K and p38-MAPK signaling pathways. Aging (Albany NY), 12(24), 25120–25136. CrossRef Scholar google search
Li B., Yin J., Chang J., Zhang J., Wang Y., Huang H., Wang W., Zeng X. (2021) Apelin/APJ relieve diabetic cardiomyopathy by reducing microvascular dysfunction. J. Endocrinol., 249(1), 1–18. CrossRef Scholar google search
