БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 6, с. 819–826
УДК 577.12
Защитное влияние пероксиредоксина 6 на бета-клетки поджелудочной железы RIN-m5F при токсических воздействиях глюкозы и цитокинов*
Институт биофизики клетки ФИЦ ПНЦБИ РАН, 142290 Пущино, Московская обл., Россия; электронная почта: elenanov_06@mail.ru
Поступила в редакцию 14.01.2019
После доработки 18.03.2019
Принята к публикации 18.03.2019
DOI: 10.1134/S0320972519060071
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: пероксиредоксин 6, гипергликемия, цитокины, бета-клетки RIN-m5F, продукция инсулина, сигнальный каскад NF-κB.
Аннотация
С учетом особой роли бета-клеток поджелудочной железы при развитии сахарного диабета было проведено исследование влияния пероксиредоксина 6 (Prx6) на жизнеспособность и функциональную активность бета-клеток инсулиномы крыс (линия RIN-m5F) в условиях, моделирующих диабет. С этой целью клетки культивировали при повышенных концентрациях глюкозы в среде или в присутствии провоспалительных цитокинов (TNF-α и IL-1), известных своей особой ролью в цитотоксических аутоиммунных реакциях при диабете. Было установлено, что повышение концентрации глюкозы в пределах 23–43 мМ вызывает гибель 20–60% бета-клеток. Добавление Prx6 вызывает снижение уровня активных форм кислорода и защищает бета-клетки от гипергликемии, снижая гибель клеток RIN-m5F в несколько раз. Исследование секреции инсулина бета-клетками RIN-m5F показало значительный стимулирующий эффект пероксиредоксина 6 на инсулин-продуцирующую активность бета-клеток поджелудочной железы. Интересно, что стимулирующая активность Prx6 была обнаружена как при культивировании бета-клеток в нормальных условиях, так и в неблагоприятных условиях, вызывающих гибель клеток. Было показано, что в качестве одного из механизмов действия пероксиредоксина 6 на бета-клетки может быть регуляция активности сигнального каскада NF-κB, в частности, через активацию фосфорилирования RelA/p65 по Ser536.
Текст статьи
Сноски
* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM 19-011, 29.04.2019.
** Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 18-04-00091 и 19-04-00080-а) и Программы Президиума РАН 1.18 «Молекулярная и клеточная биология и постгеномные технологии».
Благодарности
В работе использовали оборудование (планшет-ридер Infinite 200, («Tecan», Австрия)) центра коллективного пользования Пущинского научного центра.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Соблюдение этических норм
Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.
Список литературы
1. Hober, D., and Sane, F. (2010) Enteroviral pathogenesis of type 1 diabetes, Discov. Med., 10, 151–160.
2. Kaneto, H., Katakami, N., Kawamori, D., Miyatsuka, T., Sakamoto, K., Matsuoka, T.A., Matsuhisa, M., and Yamasaki, Y. (2007) Involvement of oxidative stress in the pathogenesis of diabetes, Antioxid. Redox Signal., 9, 355–366.
3. Rains, J.L., and Jain, S.K. (2011) Oxidative stress, insulin signaling, and diabetes, Free Radic. Biol. Med., 50, 567–575, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2010.12.006.
4. Wojnar, W., Zych, M., and Kaczmarczyk-Sedlak, I. (2018) Antioxidative effect of flavonoid naringenin in the lenses of type 1 diabetic rats, Biomed. Pharmacother., 108, 974–984, doi: 10.1016/j.biopha.2018.09.092.
5. Czerwinska, M.E., Gasinska, E., Lesniak, A., Krawczyk, P., Kiss, A.K., Naruszewicz, M., and Bujalska-Zadrozny, M. (2018) Inhibitory effect of Ligustrum vulgare leaf extract on the development of neuropathic pain in a streptozotocin-induced rat model of diabetes, Phytomedicine, 49, 75–82, doi: 10.1016/j.phymed.2018.06.006.
6. Gordeeva, A.E., Sharapov, M.G., Tikhonova, I.V., Chemeris, N.K., Fesenko, E.E., Novoselov, V.I., and Temnov, A.A. (2017) Vascular pathology of ischemia/reperfusion injury of rat small intestine, Cells Tissues Organs, 203, 353–364, doi: 10.1159/000455830.
7. Sharapov, M.G., Goncharov, R.G., Gordeeva, A.E., Novoselov, V.I., Antonova, O.A., Tikhaze, A.K., and Lankin, V.Z. (2016) Enzymatic antioxidant system of endotheliocytes, Dokl. Biochem. Biophys., 471, 410–412, doi: 10.1134/S1607672916060090.
8. Karaduleva, E.V., Mubarakshina, E.K., Sharapov, M.G., Volkova, A.E., Pimenov, O.Y., Ravin, V.K., Kokoz, Y.M., and Novoselov, V.I. (2016) Cardioprotective effect of mod- ified peroxiredoxins in retrograde perfusion of isolated rat heart under conditions of oxidative stress, Bull. Exp. Biol. Med., 160, 639–642, doi: 10.1007/s10517-016-3237-1.
9. Kaneto, H., Kajimoto, Y., Miyagawa, J., Matsuoka, T., Fujitani, Y., Umayahara, Y., Hanafusa, T., Matsuzawa, Y., Yamasaki, Y., and Hori, M. (1999) Beneficial effects of antioxidants in diabetes – possible protection of pancreatic beta-cells against glucose toxicity, Diabetes, 48, 2398–2406.
10. Новоселова Е.Г., Хренов М.О., Парфенюк С.Б., Новоселова Т.В., Лунин С.М., Фесенко Е.Е. (2014) Роль сигнальных каскадов NF-кB, IRF3 и SAPK/JNK в иммунных клетках животных при развитии сахарного диабета 1 типа, Доклады Академии наук, 457, 360–362, doi: 10.7868/S0869565214210300.
11. Novoselova, E.G., Glushkova, O.V., Lunin, S.M., Khrenov, M.O., Novoselova, T.V., Parfenyuk, S.B., and Fesenko, E.E. (2016) Signaling, stress response and apoptosis in pre-diabetes and diabetes: restoring immune balance in mice with alloxan-induced type 1 diabetes mellitus, Intern. Immunopharm., 31, 24–31, doi: 10.1016/j.intimp.2015.11.007.
12. Wu, D., and Yotnda, P. (2011) Production and detection of reactive oxygen species (ROS) in cancers, J. Vis. Exp., 57, e3357, doi: 10.3791/3357.
13. Bradford, M.M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding, Anal. Biochem., 72, 248–254.
14. Weir, G.C., and Bonner-Weir, S. (2004) Five stages of evolving beta-cell dysfunction during progression to diabetes, Diabetes, 53 (Suppl. 3), S16–S21.
15. Hayden, M.S., and Ghosh, S. (2008) Shared principles in NF-kappaB signaling, Cell, 132, 344–362, doi: 10.1016/j.cell.2008.01.020.
16. Bubici, C., Papa, S., Dean, K., and Franzoso, G. (2006) Mutual cross-talk between reactive oxygen species and nuclear factor-kappa B: molecular basis and biological significance, Oncogen, 25, 6731–6748, doi: 10.1038/sj.onc.1209936.
17. Vermeulen, L., De Wilde, G., Van Damme, P., Vanden Berghe, W., and Haegeman, G. (2003) Transcriptional activation of the NF-кB p65 subunit by mitogen- and stress-activated protein kinase-1 (MSK1), EMBO J., 22, 1313–1324, doi: 10.1093/emboj/cdg139.
18. Nihira, K., Ando, Y., Yamaguchi, T., Kagami, Y., Miki, Y., and Yoshida, K. (2010) Pim-1 controls NF-kappaB signalling by stabilizing RelA/p65, Cell Death Differ., 17, 689–698, doi: 10.1038/cdd.2009.174.
19. Lawrence, T., Bebien, M., Liu, G.Y., Nizet, V., and Karin, M. (2005) IKKalpha limits macrophage NF-kappaB activation and contributes to the resolution of inflammation, Nature, 434, 1138–1143, doi: 10.1038/nature03491.
20. Imai, Y., Dobrian, A.D., Morris, M.A., and Nadler, J.L. (2013) Islet inflammation: a unifying target for diabetes treatment? Trends Endocrinol. Metab., 24, 351–360, doi: 10.1016/j.tem.2013.01.007.
21. Oetjen, E., Blume, R., Cierny, I., Schlag, C., Kutschenko, A., Kratzner, R., Stein, R., and Knepel, W. (2007) Inhibition of MafA transcriptional activity and human insulin gene transcription by interleukin-1beta and mitogen activated protein kinase kinase kinase in pancreatic islet beta cells, Diabetologia, 50, 1678–1687, doi: 10.1007/s00125-007-0712-2.
22. Maedler, K., Sergeev, P., Ris, F., Oberholzer, J., Joller-Jemelka, H.I., Spinas, G.A., Kaiser, N., Halban, P.A., and Donath, M.Y. (2002) Glucose-induced beta cell production of IL-1beta contributes to glucotoxicity in human pancreatic islets, J. Clin. Invest., 110, 851–860, doi: 10.1172/JCI15318.
23. Mahadevan, J., Parazzoli, S., Oseid, E., Hertzel, A.V., Bernlohr, D.A., Vallerie, S.N., Liu, C.Q., Lopez, M., Harmon, J.S., and Robertson, R.P. (2013) Ebselen treatment prevents islet apoptosis, maintains intranuclear Pdx-1 and MafA levels, and preserves β-cell mass and function in ZDF rats, Diabetes, 62, 3582–3588, doi: 10.2337/db13-0357.
24. Sharapov, M.G., Novoselov, V.I., and Gudkov, S.V. (2019) Radioprotective role of peroxiredoxin 6, Antioxidants (Basel), 8, 15, doi: 10.3390/antiox8010015.
25. Barkett, M., and Gilmore, T.D. (1999) Control of apoptosis by Rel/NF-kappa B transcription factors, Oncogene, 18, 6910–6924.
26. Cardozo, A.K., Heimberg, H., Heremans, Y., Leeman, R., Kutlu, B., Kruhoffer, M., Orntoft, T., and Eizirik, D.L. (2001) A comprehensive analysis of cytokine-induced and nuclear factor-κB-dependent genes in primary rat pancreatic β-cells, J. Biol. Chem., 276, 48879–48886, doi: 10.1074/jbc.M108658200.
27. Eizirik, D.L., and Mandrup-Poulsen, T. (2001) A choice of death – the signal-transduction of immune-mediated beta-cell apoptosis, Diabetologia, 44, 2115–2133, doi: 10.1007/s001250100021.
28. Larsen, P.M., Fey, S.J., Larsen, M.R., Nawrocki, A., Andersen, H.U., Kahler, H., Heilmann, C., Voss, M.C., Roepstorff, P., Pociot, F., Karlsen, A.E., and Nerup, J. (2001) Proteome analysis of interleukin-1beta-induced changes in protein expression in rat islets of Langerhans, Diabetes, 50, 1056–1063.
29. Norlin, S., Ahlgren, U., and Edlund, H. (2005) Nuclear factor-kappa B activity in beta-cells is required for glucose-stimulated insulin secretion, Diabetes, 54, 125–132.
30. Kim, S., Millet, I., Kim, H.S., Kim, J.Y., Han, M.S., Lee, M.K., Kim, K.W., Sherwin, R.S., Karin, M., and Lee, M.S. (2007) NF-κB prevents β cell beta cell death and autoimmune diabetes in NOD mice, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 1913–1918, doi: 10.1073/pnas.0610690104.