Витамин К3-индуцированное образование активных форм кислорода в клетках глиомы

Активные формы кислорода (АФК) образуются в различных типах клеток и вовлечены во множество физиологических процессов, а также в инициацию и развитие ряда заболеваний.
АФК образуются в небольшом количестве при нормальном функционировании клеток, что связано с утечкой электронов из электронтранспортной цепи митохондрий. АФК продуцируются в результате функционирования внутриклеточных ферментных систем, таких как NADPH-оксидазы, миелопероксидаза, ксантиноксидаза и цитохром-Р450-оксидаза.
Существует ряд веществ, способных взаимодействовать с внутриклеточными ферментными системами, индуцируя образование АФК. Одними из представителей таких соединений являются хиноны.
Многие противоопухолевые препараты по своему действию направлены на образование АФК, увеличение продукции которых активирует редокс-чувствительные белки, инициируя апоптоз.

Механизмы действия витамина К.
Индуцирование окислительного стресса.
Арилирование клеточных тиолов, что приводит к уменьшению концентрации глутатиона и ингибированию белков, содержащих SH-группы.
Модификация активности тирозинкиназ и фосфотаз, что приводит к модуляции различных факторов транскрипции.
В результате этого индуцируется апоптоз. Причем при действии витаминов К1 и К2 эффект проявляется в гораздо меньшей степени, чем при применении менадиона.
Менадион используют в химиотерапии онкологических заболеваний, комбинируя его применение с витамином С.
К витаминам группы К относят филлохинон (витамин К1), менахинон (витамин К2) и менадион (витамин К3).

Рис.1. Схема образования АФК при действии витамина К3

Цель работы:
Выявление механизмов образования АФК при действии витамина К3 на клетки глиомы человека линии U251 и клетки глиомы крысы линии С6.

Рис.2. Изменение интенсивности флуоресценции
2,7-дихлорофлуоресцеина от времени при действии менадиона в различных концентрациях на клетки линии U251

Рис.3. Зависимость интегральной интенсивности флуоресценции дихлорофлуоресцеина в клетках глиомы линии U 251 от концентрации менадиона

Рис.4. Изменение интенсивности флуоресценции
2,7-дихлорофлуоресцеина от времени при действии викасола в различных концентрациях на клетки линии U 251

Рис.5. Зависимость интегральной интенсивности флуоресценции дихлорофлуоресцеина в клетках глиомы линии U251 от концентрации викасола

Рис.6. Зависимость концентрации образующегося пероксида водорода от концентрации добавленного менадиона в клетках линии U251 при инкубировании клеток с дикумаролом (1), контроль (2)

Теоретическая модель образования пероксида водорода при действии витамина К3 с учетом только одноэлектронного восстановления хинона

Рис.7. Экспериментальная и теоретическая зависимости концентрации пероксида водорода в клетках линии U251 от концентрации добавленного менадиона при ингибировании двухэлектронного восстановления хинона
α=(7,7±0,1)•10-4 моль/л, kE1=(5,30±0.05)•10-5 моль/л, k=(2,0±0,3)•103 (моль/л)-1

Выводы:
1. Менадион – жирорастворимый аналог витамина К3, и викасол – водорастворимый аналог витамина К3, индуцируют дозозависимое образование пероксида водорода в клетках глиомы человека линии U 251 и клетках глиомы крысы линии С6. Максимальный выход пероксида водорода в клетках регистрируется при концентрации менадиона - 1·10-4 моль/л и при концентрации викасола - 3·10-4 моль/л.
2. Менадиониндуцированное образование АФК осуществляется ферментативными системами, связанными с мембранами.

Выводы:
3. Менадиониндуцированное образование АФК осуществляется при участии ферментов, катализирующих одно- и двухэлектронное восстановление хинона.
4. Предложена теоретическая модель генерации пероксида водорода в клетках глиомы, включающая два конкурирующих процесса: одно- и двухэлектронное восстановление менадиона. Полученные теоретические зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными. Полученные константы химических реакций для одноэлектронного восстановления менадиона равны: α=(7,7±0,1)·10-4 моль/л, kE1=(5,30±0.05)·10-5 моль/л, k=(2,0±0,3)·103 (моль/л)-1.