Участие митохондриальной Ca2+-независимой фосфолипазы iPLA2 в индукции митохондриальной поры длинноцепочечными ацилкарнитинами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Известно, что наиболее токсичными считаются активированные производные длинноцепочечных жирных кислот ацилкарнитины (LCАC), которые наряду с кальцием могут участвовать в индукции митохондриальной поры, вовлекая различные типы фосфолипаз. В данной работе исследовано влияние ингибиторов Ca2+-независимых и Са2+-зависимых фосфолипаз, а также ингибитора карнитин-пальмитоилтрансферазы на индукцию поры D,L-пальмитоилкарнитином (РС, C16:0). В экспериментах на изолированных митохондриях печени крыс исследовали влияние РС на скорость дыхания митохондрий, мембранный потенциал (ΔΨm) и набухание митохондрий при окислении глутамата и пирувата или сукцината. Показано, что ингибиторы карнитин-пальмитоилтрансферазы-1 этомоксир 2, Ca2+-зависимой фосфолипазы сPLA2 аристолоховая кислота или Ca2+-независимой фосфолипазы iPLA2γ бромоенол лактон и PACOCF3 вызывали увеличение критических концентраций D,L-пальмитоилкарнитина (РС*), необходимых для снижения мембранного потенциала и индукции набухания митохондрий. В активированном ADP состоянии (ADP + Mg2++гексокиназа) этомоксир 2 и аристолоховая кислота усиливали ингибирование дыхания и падение потенциала, вызванные избытком PC, в то время как ингибиторы фосфолипазы iPLA2γ PACOCF3 и бромоенол лактон, оказывали выраженный защитный эффект. Ингибирование iPLA2γ препятствовало снижению ΔΨm и ингибированию дыхания митохондрий, вызванных PC. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о вовлечении митохондриальной фосфолипазы iPLA2γ в индукцию митохондриальной поры длинноцепочечными ацилкарнитинами.

Об авторах

Н. И. Федотчева

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: dynnik@rambler.ru
Россия, 142290, Московская обл., Пущино

Е. В. Гришина

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Email: dynnik@rambler.ru
Россия, 142290, Московская обл., Пущино

В. В. Дынник

Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: dynnik@rambler.ru
Россия, 142290, Московская обл., Пущино

Список литературы

  1. Hunter D.R., Haworth R.A. 1979. The Ca2+-induced membrane transition in mitochondria. III. Transitional Ca2+ release. Arch. Biochem. Biophys. 195 (2), 468–477.
  2. Crompton M., Ellinger H., Costi A. 1988. Inhibition by cyclosporin A of a Ca2+-dependent pore in heart mitochondria activated by inorganic phosphate and oxidative stress. Biochem. J. 255, 357–360.
  3. Bernardi P., Broekemeir K.M., Pfeiffer D.R. 1994. Recent progress on regulation of the mitochondrial permeability transition pore; a cyclosporine-sensitive pore in the inner mitochondrial membrane. J. Bioenerg. Biomembr. 26 (5), 509–517. https://doi.org/10.1007/BF00762735
  4. Kwong J.Q., Molkentin J.D. 2015. Physiological and pathological roles of the mitochondrial permeability transition pore in the heart. Cell Metab. 21 (2), 206. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2014.12.001
  5. Ford D.A., Han X., Horner C.C., Gross W. 1996. Accumulation of unsaturated acylcarnitine molecular species during acute myocardial ischemia: Metabolic compartmentalization of products of fatty acyl chain elongation in the acylcarnitine pool. Biochemistry. 35 (24), 7903. https://doi.org/10.1021/bi960552n
  6. Lesnefsky E.J., Moghaddas S., Tandler B., Kerner J., Hoppel C.L. 2001. Mitochondrial dysfunction in cardiac disease: Ischemia–reperfusion, aging, and heart failure. J. Mol. Cell Cardiol. 33 (6), 1065–1089. https://doi.org/10.1006/jmcc.2001.1378
  7. Koves T.R., Ussher J.R., Noland R.C., Slentz D., Mosedale M., Ilkayeva O., Bain J., Stevens R., Dyck J.R., Newgard C.B., Lopaschuk G.D., Muoio D.M. 2008. Mitochondrial overload and incomplete fatty acid oxidation contribute to skeletal muscle insulin resistance. Cell Metab. 7 (1), 45–56. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2007.10.013
  8. Fromenty B., Robin M.A., Igoudjil A., Mansouri A., Pessayre D. 2004. The ins and outs of mitochondrial dysfunction in NASH. Diabetes Metab. 30 (2), 121–138. https://doi.org/10.1016/s1262-3636(07)70098-8
  9. Liepinsh E., Makrecka-Kuka M., Volska K., Kuka J., Makarova E., Antone U., Sevostjanovs E., Vilskersts R., Strods A., Tars K., Dambrova M. 2016. Long-chain acylcarnitines determine ischaemia/reperfusion-induced damage in heart mitochondria. Biochem. J. 473 (9), 1191–1202. https://doi.org/10.1042/BCJ20160164
  10. Erfle J.D., Sauer F. 1969. The inhibitory effects of acyl-coenzyme A esters on the pyruvate and alpha-oxoglutarate dehydrogenase complexes. Biochim. Biophys. Acta. 178 (3), 441–452. https://doi.org/10.1016/0005-2744(69)90213-7
  11. Lai J.C., Cooper A.J. 1991. Neurotoxicity of ammonia and fatty acids: Differential inhibition of mitochondrial dehydrogenases by ammonia and fatty acyl coenzyme A derivatives. Neurochem. Res. 16 (7), 795–803.
  12. Farrell H.M. Jr, Wickham E.D., Reeves H.C. 1995. Effects of long-chain acyl-coenzyme A’s on the activity of the soluble form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-specific isocitrate dehydrogenase from lactating bovine mammary gland. Arch. Biochem. Biophys. 321 (1), 199–208. https://doi.org/10.1006/abbi.1995.1386
  13. Paulson D.J., Shug A.L. 1984. Inhibition of the adenine nucleotide translocator by matrix-localized palmityl-CoA in rat heart mitochondria. Biochim. Biophys. Acta. 766 (1), 70–76. https://doi.org/10.1016/0005-2728(84)90218-4.10
  14. Schoënfeld P., Bohnensack R. 1997. Fatty acid-promoted mitochondrial permeability transition by membrane depolarization and binding to the ADP/ATP carrier. FEBS Letters. 420, 167–170.
  15. Ciapaite J., Van Eikenhorst D., Bakker S., Diamant M., Heine R.J., Wagner M.J., Westerhoff H.V., Krab K. 2005. Modular kinetic analysis of the adenine nucleotide translocator-mediated effects of palmitoyl-CoA on the oxidative phosphorylation in isolated rat liver mitochondria. Diabetes. 54 (4), 944–951. https://doi.org/10.2337/diabetes.54.4.944
  16. Wojtczak L., Wieckowski M.R. 1999. The mechanisms of fatty acid-induced proton permeability of the inner mitochondrial membrane. J. Bioenerg. Biomembr. 31, 447–455.
  17. Sultan A., Sokolove P.M. 2001. Palmitic acid opens a novel cyclosporin A-insensitive pore in the inner mitochondrial membrane. Arch. Biochem. Biophys. 386 (1), 37–51. https://doi.org/10.1006/abbi.2000.2194
  18. Mironova G.D., Gateau-Roesch O., Levrat C., Gritsenko E., Pavlov E., Lazareva A.V., Limarenko E., Rey C., Louisot P., Saris N.E. 2001. Palmitic and stearic acids bind Ca2+ with high affinity and form nonspecific channels in black-lipid membranes. Possible relation to Ca2+-activated mitochondrial pores. J. Bioenerg. Biomembr. 33 (4), 319–331. https://doi.org/10.1023/a:1010659323937
  19. Mironova G.D., Pavlov E.V. 2021. Mitochondrial cyclosporine A-independent palmitate/Ca2+-induced permeability transition pore (PA-mPT Pore) and its role in mitochondrial function and protection against calcium overload and glutamate toxicity. Cells. 10, 125. https://doi.org/10.3390/cells10010125
  20. Федотчева Н.И., Гришина Е.В., Дынник В.В. 2022. Индукция митохондриальной циклоспорин-зависимой поры ацилкарнитинами. Влияние концентрации и длины углеродной цепи. Биол. мембраны. 39 (1), 75–82. https://doi.org/10.31857/S0233475522010066
  21. Dynnik V.V., Grishina E.V., Fedotcheva N.I. 2020. The mitochondrial NO-synthase/guanylate cyclase/protein kinase G signaling system underpins the dual effects of nitric oxide on mitochondrial respiration and opening of the permeability transition pore. FEBS J. 287 (8), 1525–1536. https://doi.org/10.1111/febs.15090
  22. Berezhnov A.V., Fedotova E.I., Nenov M.N., Kasymov V.A., Pimenov O.Y., Dynnik V.V. 2020. Dissecting cellular mechanisms of long-chain acylcarnitines-driven cardiotoxicity: Disturbance of calcium homeostasis, activation of Ca2+-dependent phospholipases, and mitochondrial energetics collapse. Int. J. Mol. Sci. 21 (20), 7461. https://doi.org/10.3390/ijms21207461
  23. Hollander J.M., Thapa D., Shepherd D.L. 2014. Physiological and structural differences in spatially distinct subpopulations of cardiac mitochondria: Influence of cardiac pathologies. Am. J. Physiol. Circ. Physiol. 307, H1–H14. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00747.2013
  24. Caro A.A., Cederbaum A.I. 2007. Role of intracellular calcium and phospholipase A2 in arachidonic acid-induced toxicity in liver cells overexpressing CYP2E1. Arch. Biochem. Biophys. 457 (2), 252–263. https://doi.org/10.1016/j.abb.2006.10.018
  25. Saito Y., Watanabe K., Fujioka D., Nakamura T., Obata J., Kawabata K., Watanabe Y., Mishina H., Tamaru S., Kita Y., Shimizu T., Kugiyama K. 2012. Disruption of group IVA cytosolic phospholipase A2 attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury partly through inhibition of TNF-α-mediated pathway. Am. J. Physiol. Circ. Physiol. 302, H2018–H2030. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00955.2011
  26. Asemu G., Dhalla N.S., Tappia P.S. 2004. Inhibition of PLC improves postischemic recovery in isolated rat heart. Am. J. Physiol. Circ. Physiol. 287 (6), H2598–H2605. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00506.2004
  27. Hara S., Yoda E., Sasaki Y., Nakatani Y., Kuwata H. 2019. Calcium-independent phospholipase A2γ (iPLA2γ) and its roles in cellular functions and diseases. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell. Biol. Lipids. 1864 (6), 861–868. https://doi.org/10.1016/j.bbalip.2018.10.009
  28. Moon S.H., Jenkins C.M., Liu X., Guan S., Mancuso D.J., Gross R.W. 2012. Activation of mitochondrial calcium-independent phospholipase A2γ (iPLA2γ) by divalent cations mediating arachidonate release and production of downstream eicosanoids. J. Biol. Chem. 287 (18), 14 880–14 895. https://doi.org/10.1074/jbc.M111.336776
  29. Kinsey G.R., Blum J.L., Covington M.D., Cummings B.S., McHowat J., Schnellmann R. 2008. Decreased iPLA2gamma expression induces lipid peroxidation and cell death and sensitizes cells to oxidant-induced apoptosis. J. Lipid Res. 49 (7), 1477–1487. https://doi.org/10.1194/jlr.M800030-JLR200
  30. Kinsey G.R., McHowat J., Patrick K.S., Schnellmann R.G. 2007. Role of Ca2+-independent phospholipase A2gamma in Ca2+-induced mitochondrial permeability transition. J. Pharmacol. Exp. Ther. 321 (2), 707–715. https://doi.org/10.1124/jpet.107.119545
  31. Rauckhorst A.J., Broekemeier K.M., Pfeiffer D.R. 2014. Regulation of the Ca2+-independent phospholipase A2 in liver mitochondria by changes in the energetic state. J. Lipid Res. 55 (5), 826–836. https://doi.org/10.1194/jlr.M043307
  32. Williams S.D., Gottlieb R.A. 2002. Inhibition of mitochondrial calcium-independent phospholipase A2 (iPLA2) attenuates mitochondrial phospholipid loss and is cardioprotective. Biochem. J. 362 (Pt 1), 23–32. https://doi.org/10.1042/0264-6021:3620023
  33. Moon S.H., Jenkins C.M., Kiebish M.A., Sims H.F., Mancuso D.J., Gross R.W. 2012. Genetic ablation of calcium-independent phospholipase A(2)γ (iPLA(2)γ) attenuates calcium-induced opening of the mitochondrial permeability transition pore and resultant cytochrome c release. J. Biol. Chem. 287 (35), 29 837–29 850. https://doi.org/10.1074/jbc.M112.373654
  34. Moon S.H., Liu H., Cedars A.M., Yang C., Kiebish M.A., Joseph S.M., Kelley J., Jenkins C.M., Gross R.W. 2018. Heart failure-induced activation of phospholipase iPLA 2 γ generates hydroxyeicosatetraenoic acids opening the mitochondrial permeability transition pore. J. Biol. Chem. 293 (1), 115–129. https://doi.org/10.1074/jbc.RA117.000405
  35. Moon S.H., Dilthey B.G., Liu X., Guan S., Sims H.F., Gross R.W. 2021. High-fat diet activates liver iPLA2γ generating eicosanoids that mediate metabolic stress. J. Lipid Res. 62, 100052. https://doi.org/10.1016/j.jlr.2021.100052
  36. Dubinin M.V., Astashev M.E., Penkov N.V., Gudkov S.V., Dyachenko I.A., Samartsev V.N., Belosludtsev K.N. 2016. Effects of phospholipase A2 inhibitors on bilayer lipid membranes. J. Membr. Biol. 249 (3), 339–347. https://doi.org/10.1007/s00232-016-9872-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (431KB)
Метаданные
3.

Скачать (449KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2023