БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 2, с. 261–268
УДК 577.352.3
Изменение липидного состава биологических мембран под воздействием экзогенных и эндогенных факторов
Institute of Chemistry, University in Bialystok, Ciolkowskiego 1K, 15-245 Bialystok, Poland; E-mail: basia@uwb.edu.pl
Поступила в редакцию 15.12.2017
После доработки 21.08.2018
Принята к публикации 21.08.2018
DOI: 10.1134/S032097251902009X
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фосфолипиды, свободные жирные кислоты, этанол, рак.
Аннотация
Оценка качественного и количественного содержания различных липидных компонентов мембран необходима для правильной интерпретации процессов, протекающих в биологических мембранах. Изменения структуры и функции химических компонентов клеточных мембран тесно связаны с окислительным стрессом. Окислительный стресс индуцируется, в частности, при хроническом употреблении этанола, а также при злокачественном перерождении клеток и сопряжен с изменениями уровней фосфолипидов и жирных кислот в клеточной мембране. В представленной работе мы использовали хроматографию высокого давления (ЖХВД), чтобы оценить влияние алкоголя и злокачественного перерождения на химический состав мембран, а именно, на количество фосфолипидов и свободных жирных кислот в клеточной мембране. Было продемонстрировано увеличение уровней различных фосфолипидов в мембранах клеток печени крыс, обработанных этанолом. Процесс злокачественной трансформации клеток слизистой толстой кишки человека сопровождался увеличением уровней фосфолипидов, а также снижением количества линолевой и α-линоленовой кислот, но увеличением уровней арахидоновой и олеиновой кислот. В настоящем исследовании мы пытались ответить на вопрос: какое влияния эти изменения в количестве липидных компонентов оказывали на строение мембран и состояние клеток. Мы предполагаем, что нарушение клеточных функций может проявляться в форме изменений липидного состава, а поэтому и деятельности клеточной мембраны.
Текст статьи
Благодарности
Автор признателен своим коллегам на общем поле деятельности проф. З. Фигачевски, проф. Е. Скржидлевска и док. И. Добржинска за долгосрочное сотрудничество и интересные дискуссии.
Соблюдение этических норм
Все эксперименты в исследованиях с участием животных выполняли в соответствии с рекомендациями Этического комитета в городе Белосток (Польша).
Обследование пациентов было выполнено в соответствии с этическими стандартами Хельсинской декларации 1975 года с ее последующей переработкой в 2004 и одобренными Этическим комитетом медицинского университета в Белостоке. Все пациенты заранее дали свое согласие.
Список литературы
1. Watson, H. (2015) Biological membranes, Essays Biochem., 59, 43–69.
2. Szachowicz-Petelska, B., Dobrzynska, I., Sulkowski, S., and Figaszewski, Z.A. (2010) Characterization of the cell membrane during cancer transformation, J. Environ. Biol., 31, 845–850.
3. Dobrzynska, I., Szachowicz-Petelska, B., Skrzydlewska, E., and Figaszewski, Z.A. (2010) Effect of l-carnitine on liver cell membranes in ethanol-intoxicated rats, Chem. Biol. Inter., 188, 44–51.
4. Szachowicz-Petelska, B., Dobrzynska, I., Skrzydlewska, E., and Figaszewski, Z. A. (2012) Protective effect of blackcurrant on liver cell membrane of rats intoxicated with ethanol, J. Membr. Biol., 245, 191–200.
5. Luczaj, W., Stankiewicz-Kranc, A., Milewska, E., Roszkowska-Jakimiec, W., and Skrzydlewska, E. (2012) Effect of sweet grass extract against oxidative stress in rat liver and serum, Food Chem. Toxicol., 50, 135–140.
6. Evans, W.H. (1970) Fractionation of liver plasma membranes prepared by zonal centrifugation, Biochem. J., 166, 833–842.
7. Folch, J., Lees, M., and Stanley, G.H.S. (1957) A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues, J. Biol. Chem., 226, 497–509.
8. Dobrzynska, I., Szachowicz-Petelska, B., Skrzydlewska, E., and Figaszewski, Z.A. (2008) Effects of green on physico-chemical properties of liver cell membrane of different age rats intoxicated with ethanol, Polish J. Environ. Stud., 17, 327–333.
9. Szachowicz-Petelska, B., Dobrzynska, I., Skrodzka, M., Darewicz, B., Figaszewski, Z.A., and Kudelski, J. (2013) Phospholipid composition and electric charge in healthy and cancerous parts of human kidneys, J. Membr. Biol., 246, 421–425.
10. Szachowicz-Petelska, B., Dobrzynska, I., Figaszewski, Z.A., and Kudelski, J. (2014) Changes in the physico-chemical properties of human kidney cell membranes during the cancer transformation, Adv. Biol. Chem., 4, 223–231.
11. Dobrzynska, I., Szachowicz-Petelska, B., Skrzydlewska, E., and Figaszewski, Z.A. (2013) Effect of sweet grass (Hierochloe odorata) on the physico-chemical properties of liver cell membranes from rats intoxicated with ethanol, Environ. Toxicol. Pharm., 35, 247–253.
12. Ostrowska, J., Skrzydlewska, E., Figaszewski, Z. (2000) Isolation and analysis of phospholipids, Chem. Anal., 45, 613–618.
13. Szachowicz-Petelska, B., Sulkowski, S., and Figaszewski, Z. (2007) Altered membrane free unsaturated fatty acid composition in human colorectal cancer tissue, Mol. Cell. Biochem., 294, 237–242.
14. Dobrzynska, I., Szachowicz-Petelska, B., Ostrowska, J., Skrzydlewska, E., and Figaszewski, Z. (2005) Protective effect of green tea on erythrocyte membrane of different age rats intoxicated with ethanol, Chem. Biol. Inter., 156, 41–53.
15. Slater, S.J., Taddeo, F.J., Kelly, M.B., and Stubbs, C.D. (1993) Contribution of hydrogen bonding to lipid-lipid interactions in membranes and the role of lipid order: effects of cholesterol, increased phospholipid unsaturation and ethanol, Biochemistry, 32, 3714–3721.
16. Hernandez, J.A., Lopez-Sanchez, R.C., and Rendon-Ramirez, A. (2016) Lipids and oxidative stress associated with ethanol-induced neurological damage, Oxid. Med. Cell. Longev., doi: 10.1155/2016/1543809.
17. Sun, G.Y., and Sun, A.Y. (1985) Ethanol and membrane lipids, Alcohol Clin. Exp. Res., 9, 164–180.
18. Tijburg, L.B., Maquedano, A., Bijleveld, C., Guzman, M., and Geelen, M.J. (1988) Effects of ethanol feeding on hepatic lipid synthesis, Arch. Biochem. Biophys., 267, 568–579.
19. Bhattacharya, S. (2015) Reactive oxygen species and cellular defense system, Free Rad. Hum. Health Disease, 16, 430–442.
20. Galicia-Moreno, M., and Gutierrez-Reyes, G. (2014) The role oxidative stress in the development of alcoholic liver disease, Rev. Gastroent. de Mexico, 79, 135–144.
21. Skrzydlewska, E., Ostrowska, J., Stankiewicz, A., and Farbiszewski, R. (2002) Green tea as a potent antioxidant in alcohol intoxication, Addict. Biol., 7, 307–314.
22. Skrzydlewska, E. (2003) Toxicological and metabolic consequences of methanol poisoning, Toxicol. Mech. Methods, 13, 277–293.
23. Cyunczyk, M., Jarocka, I., Hodun, T., and Hermanowicz, J. (2012) Protective effect of sweet grass and black berries beverages on ethanol induced disturbances in brain fatty acids, Prog. Health Sci., 2, 130–139.
24. Arnold, E., Benz, T., Zapp, C., and Wink, M. (2015) Inhibition of cytosolic phospholipase A2α (cPLA2α) by medicinal plants in relations to their phenolic content, Molecules, 20, 15033–15048.
25. Kostova, I. (2006) Synthetic and natural coumarins as antioxidants, Mini Rev. Med. Chem., 6, 365–374.
26. Thuong, P.T., Hung, T.M., Ngoc, T.M., Ha, T., Min, B.S., Kwack, S.J., Kang, T.S., Choi, J.S., and Bae, K. (2010) Antioxidant activities of coumarins from Korean medicinal plants and their structure activity relationships, Phytother. Res., 24, 101–106.
27. Nijveldt, R.J., van Nood, E., van Hoorn, D.E., Boelens, P.G., van Norren, K., and van Leeuwen, P.A. (2001) Flavonoids: a review of probable mechanisms of action and potential applications, Am. J. Clin. Nutr., 74, 418–25.
28. Lin, H.C., Tsai, S.H., Chen, C.S., Chang, Y.C., Lee, Z.Y., and Lin, C.M. (2008) Structure-activity relationship of coumarin derivatives on xanthine oxidaseinhibiting and free radical scavenging activities, Biochem. Pharmacol., 75, 1416–25.
29. Narce, M., Poisson, J.P., Bellenger, J., and Bellenger, S. (2001) Effect of ethanol on polyunsaturated fatty acid biosynthesis in hepatocytes from spontaneously hypertensive rats, Alcohol Clin. Exp. Res., 25, 1231–1237.
30. Pawlosky, R.J., and Salem, N.J. (2004) Perspective on alcohol consumption: liver polyunsaturated fatty acids and essential fatty acid metabolism, Alcohol, 34, 27–33.
31. Yanagisawa, N., Shimada, K., Miyazaki, T., Kume, A., Kitamura, Y., Ichikawa, R., Ohmura, H., Kiyanagi, T., Hiki, M., Fukao, K., Sumiyoshi, K., Hirose, K., Matsumori, R., Takizawa, H., Fujii, K., Mokuno, H., Inoue, N., and Daida, H. (2010) Polyunsaturated fatty acid levels of serum and red blood cells in apparently healthy Japanese subjects living in an urban area, J. Atheroscler. Thromb., 17, 285–294.
32. Kirpich, I.A., Miller, M.E., Cave, M.C., Joshi-Barve, S., and McClain, C.J. (2016) Alcoholic liver disease: update on the role of dietary fat, Biomolecules, 6, 1–6.
33. Festing, S., and Wilkinson, R. (2007) The ethics of animal research. Talking point on the use of animals in scientific research, EMBO Rep., 6, 526–530.
34. Szachowicz-Petelska, B., Dobrzynska, I., Sulkowski, S., and Figaszewski, Z.A. (2012) Characterization of the cell membrane during cancer transformation, in Colorectal cancer biology – from genes to tumor, Rajunor Ettarh (Ed.), InTech, pp. 241–256.
35. Dobrzynska, I., Szachowicz-Petelska, B., Sulkowski, S., and Figaszewski, Z.A. (2005) Changes in electric charge and phospholipid composition in human colorectal cancer cells, Mol. Cel. Biochem., 276, 113–119.
36. Monteggia, E., Colombo, I., Guerra, A., and Berra, B. (2000) Phospholipid distribution in murine mammary adenocarcinomas induced by activated neu oncogene, Cancer Detect. Prevent., 24, 207–211.
37. Dobrzynska, I., Szachowicz-Petelska, B., Darewicz, B., and Figaszewski, Z.A. (2015) Characterization of human bladder cell membrane during cancer transformation, J. Membr. Biol., 248, 301–307.
38. Baenke, F., Peck, B., Miess, A. and Schulze, A. (2013) Hooked on fat: the role of lipid synthesis in cancer metabolism and tumour development, Dis. Models Mech., 6, 1353–1363.
39. Currie, E., Schulze, A., Zechner, R., Walther, T.C., and Farese, R.V. (2013) Cellular fatty acid metabolism and cancer, Cell Metab., 6, 153–161.
40. Zhao, J., Zhou, Q., Wiedmer, T., and Sims, P.J. (1998) Level of expression of phospholipid scramblase regulates induced movement of phosphatidylserine to the cell surface, J. Biol. Chem., 273, 6603–6606.
41. Ran, S., Downes, A., and Thorpe, P.E. (2002) Increased exposure of anion phospholipids on the surface of tumor blood vessels, Cancer Res., 62, 6132–6140.
42. Stafford, J.H., and Thorpe, P.E. (2011) Increased exposure of phosphatidylethanolamine on the surface of tumor vascular endothelium, Neoplasia, 13, 299–308.
43. Turk, H.F., and Chapkin, R.S. (2013) Membrane lipid raft organization is uniquely modified by n-3 polyunsaturated fatty acids, Prostaglandins Leukot. Essent. Fatty Acids, 88, 43–47.
44. Sakai, M., Kakutani, S., Horikawa, Ch., Tokuda, H., Kawashima, H., Shibata, H., Okubo, H., and Sasaki, S. (2012) Arachidonic acid and cancer risk: systematic review of observational studies, BMC Cancer., 12, 606–633.