БІОХІМІЧНІ АСПЕКТИ ІНТЕРПРЕТАЦІЇ ІНТЕНСИВНОСТІ ОКИСЛЮВАЛЬНИХ ПРОЦЕСІВ У ПЕЧІНЦІ ЩУРІВ ІЗ АЦЕТАМІНОФЕН-ІНДУКОВАНИМ УРАЖЕННЯМ ПІСЛЯ ЧАСТКОВОЇ ГЕПАТЕКТОМІЇ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2025.03.333Ключові слова:
металотіонеїни, протеїнові SH-групи, карбонільні похідні, часткова гепатектомія, ацетамінофен, токсичне ураження, регенерація печінки, печінкаАнотація
Порушення регенерації печінки після часткової гепатектомії за умов попереднього токсичного ураження є актуальною проблемою експериментальної та клінічної біохімії. Попереднє ацетамінофен-індуковане ушкодження формує несприятливе редокс-середовище для відновлення печінкової паренхіми. У цьому контексті особливого значення набуває вивчення металотіонеїнів як редокс-активних тіоловмісних білків, а також показників окислювальної модифікації протеїнів, які відображають інтенсивність та спрямованість окислювальних процесів у клітині. Наше дослідження присвячене оцінці вмісту металотіонеїнів та ступеня окислювальної модифікації протеїнів у мітохондріальній та цитозольній фракціях печінки щурів із частковою гепатектомією після ацетамінофенової інтоксикації. Експерименти проводили на білих нелінійних щурах двох груп: тварини, яким виконували часткову гепатектомію методом Mitchell and Willenbring (C/PH) та тварини з резекцією 2/3 печінки після гострого парацетамол-індукованого ураження, що моделювали шляхом внутрішньошлункового введення ксенобіотика в дозі 1250 мг/кг маси тіла тварини один раз на добу протягом двох діб у вигляді суспензії 2% розчину крохмального гелю (TI/PH). Забір матеріалу здійснювали через 24, 48, 72 та 168 год після оперативного втручання. Уміст металотіонеїнів, рівень карбонілювання протеїнів та вільних SH-груп оцінювали із застосуванням спектрофотометричних біохімічних методів. Результати досліджень показали, що у тварин із частковою гепатектомією після токсичного ураження ацетамінофеном відбувається підвищення рівня металотіонеїнів у цитозольній фракції печінки впродовж усього регенераційного періоду. Водночас у мітохондріальній фракції реєстрували прогресивне виснаження тіолового пулу та зростання рівня карбонілювання протеїнів, що свідчить про домінування прооксидантних процесів. Підвищення окислювальної модифікації білків супроводжувалося зниженням вмісту вільних SH-груп, що узгоджується з порушенням редокс-балансу та виснаженням тіол-дисульфідної системи. Інтерпретація отриманих результатів свідчить, що інтенсивність окислювальних процесів у регенеруючій печінці після ацетамінофен-індукованого ураження визначається компартмент-специфічною взаємодією металотіонеїнової системи та тіолового статусу протеїнів. Виявлені зміни мають важливе теоретичне значення для розуміння молекулярних механізмів регенерації печінки та можуть бути використані для біохімічної інтерпретації стану регенеруючої паренхіми за умов токсичного ушкодження.
Посилання
1. Allen, F. M., Costa, A. S. H., Gruszczyk, A. V., Bates, G. R., Prag, H. A., Nikitopoulou, E., Viscomi, C., Frezza, C., James, A. M., & Murphy, M. P. (2023). Rapid fractionation of mitochondria from mouse liver and heart reveals in vivo metabolite compartmentation. FEBS letters, 597(2), 246–261. https://doi.org/10.1002/1873-3468.14511
2. Aryal, B., Jeong, J., & Rao, V. A. (2014). Doxorubicin-induced carbonylation and degradation of cardiac myosin binding protein C promote cardiotoxicity. Proc Natl Acad Sci U S A, 111(5), 2011–2016. https://doi.org/10.1073/pnas.1321783111
3. Aziz, J., Rahman, M. T., & Vaithilingam, R. D. (2021). Dysregulation of metallothionein and zinc aggravates periodontal diseases. Journal of trace elements in medicine and biology : organ of the Society for Minerals and Trace Elements (GMS), 66, 126754. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2021.126754
4. Cohen, J. T., Charpentier, K. P., & Beard, R. E. (2019). An Update on Iatrogenic Biliary Injuries: Identification, Classification, and Management. The Surgical clinics of North America, 99(2), 283–299. https://doi.org/10.1016/j.suc.2018.11.006
5. Collin de l'Hortet, A., Takeishi, K., Guzman-Lepe, J., Handa, K., Matsubara, K., Fukumitsu, K., Dorko, K., Presnell, S. C., Yagi, H., & Soto-Gutierrez, A. (2016). Liver-Regenerative Transplantation: Regrow and Reset. American journal of transplantation : official journal of the American Society of Transplantation and the American Society of Transplant Surgeons, 16(6), 1688–1696. https://doi.org/10.1111/ajt.13678
6. Cremers, C. M., & Jakob, U. (2013). Oxidant sensing by reversible disulfide bond formation. The Journal of biological chemistry, 288(37), 26489–26496. https://doi.org/10.1074/jbc.R113.462929
7. Domán, A., Dóka, É., Garai, D., Bogdándi, V., Balla, G., Balla, J., & Nagy, P. (2023). Interactions of reactive sulfur species with metalloproteins. Redox Biol, 60, 102617.
https://doi.org/10.1016/j.redox.2023.102617
8. Estévez, M., Díaz-Velasco, S., & Martínez, R. (2022). Protein carbonylation in food and nutrition: a concise update. Amino acids, 54(4), 559–573. https://doi.org/10.1007/s00726-021-03085-6
9. Goltsev, A. M., Bondarovych, M. O., Gaevska, Y. O., Babenko, N. M., Dubrava, T. G., & Ostankov, M. V. (2024). The role of reactive oxygen species in the implementation of the anti-tumor effect of nanocomplexes based on GdEuVO₄ nanoparticles and cholesterol. Innov Biosyst Bioeng, 8(2), 28–37. https://doi.org/10.20535/ibb.2024.8.2.295581
10. Gonos, E. S., Kapetanou, M., Sereikaite, J., Bartosz, G., Naparło, K., Grzesik, M., & Sadowska-Bartosz, I. (2018). Origin and pathophysiology of protein carbonylation, nitration and chlorination in age-related brain diseases and aging. Aging, 10(5), 868–901. https://doi.org/10.18632/aging.101450
11. Hayward, L., & Baud, M. G. J. (2025). Cysteine sulfinic acid and sulfinylated peptides. RSC chemical biology, 6(7), 1019–1033.
https://doi.org/10.1039/d5cb00040h
12. Holendova, B., & Plecita-Hlavata, L. (2023). Cysteine residues in signal transduction and its relevance in pancreatic beta cells. Frontiers in endocrinology, 14, 1221520. https://doi.org/10.3389/fendo.2023.1221520
13. Jia, C., Li, H., Wen, N., Chen, J., Wei, Y., & Li, B. (2018). Laparoscopic liver resection: a review of current indications and surgical techniques. Hepatobiliary surgery and nutrition, 7(4), 277–288. https://doi.org/10.21037/hbsn.2018.03.01
14. Jomova, K., Alomar, S. Y., Alwasel, S. H., et al. (2024). Several lines of antioxidant defense against oxidative stress: antioxidant enzymes, nanomaterials with multiple enzyme-mimicking activities, and low-molecular-weight antioxidants. Arch Toxicol, 98, 1323–1367.
https://doi.org/10.1007/s00204-024-03696-4
15. Juárez-Rebollar, D., Rios, C., Nava-Ruíz, C., & Méndez-Armenta, M. (2017). Metallothionein in Brain Disorders. Oxidative medicine and cellular longevity, 2017, 5828056.
https://doi.org/10.1155/2017/5828056
16. Kamath, S. A., & Narayan, K. A. (1972). Interaction of Ca2+ with endoplasmic reticulum of rat liver: a standardized procedure for the isolation of rat liver microsomes. Analytical biochemistry, 48(1), 53–61. https://doi.org/10.1016/0003-2697(72)90169-8
17. Kopylchuk, H. P., Nykolaichuk, I. M., & Ursatyi, M. S. (2025). Cytochrome P450 enzymes activity in rat liver under conditions of toxic injury and partial hepatectomy. Ukr Biochem J, 97(2), 48–58. https://doi.org/10.15407/ubj97.02.048
18. Li, M., Liu, Y., Wei, Y., Wu, C., Meng, H., Niu, W., Zhou, Y., Wang, H., Wen, Q., Fan, S., Li, Z., Li, X., Zhou, J., Cao, K., Xiong, W., Zeng, Z., Li, X., Qiu, Y., Li, G., & Zhou, M. (2019). Zinc-finger protein YY1 suppresses tumor growth of human nasopharyngeal carcinoma by inactivating c-Myc-mediated microRNA-141 transcription. The Journal of biological chemistry, 294(15), 6172–6187. https://doi.org/10.1074/jbc.RA118.006281
19. Li, R., Wu, H., Xu, Y., Xu, X., Xu, Y., Huang, H., Lv, X., Liao, C., Ye, J., & Li, H. (2025). Underlying mechanisms and treatment of acetaminophen induced liver injury (Review). Molecular medicine reports, 31(4), 106. https://doi.org/10.3892/mmr.2025.13471
20. Ling, A., Schultz, K. R., Knight, J. D., Shearn, C. T., & Baumel-Alterzon, S. (2025). Scars of oxidative stress: protein carbonylation and beta cell dysfunction in diabetes. Front Endocrinol, 16, 1722623.
https://doi.org/10.3389/fendo.2025.1722623
21. Luo, G., Huang, L., & Zhang, Z. (2023). The molecular mechanisms of acetaminophen-induced hepatotoxicity and its potential therapeutic targets. Experimental biology and medicine (Maywood, N.J.), 248(5), 412–424.
https://doi.org/10.1177/15353702221147563
22. Manful, C. F., Fordjour, E., Subramaniam, D., Sey, A. A., Abbey, L., & Thomas, R. (2025). Antioxidants and Reactive Oxygen Species: Shaping Human Health and Disease Outcomes. International Journal of Molecular Sciences, 26(15), 7520.
https://doi.org/10.3390/ijms26157520
23. Marikar, F., & Zi-Chun, H. (2023). Metal-binding protein: Metallothionein. Int J Med Biochem, 6(1), 57–62. https://doi.org/10.14744/ijmb.2022.94834
24. Markose, D., Kirkland, P., Ramachandran, P., & Henderson, N. C. (2018). Immune cell regulation of liver regeneration and repair. J Immunol Regen Med, 2, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.regen.2018.03.003
25. Mohammed, O., Tufa, A., & Gizaw, S. T. (2025). Emerging Roles of Metallothioneins in Human Pathophysiology: A Review. Health science reports, 8(9), e71279. https://doi.org/10.1002/hsr2.71279
26. Murphy, M. E., & Kehrer, J. P. (1989). Oxidation state of tissue thiol groups and content of protein carbonyl groups in chickens with inherited muscular dystrophy. The Biochemical journal, 260(2), 359–364. https://doi.org/10.1042/bj2600359
27. Nagasawa, T., Hayashi, H., Fujimaki, N., Nishizawa, N., & Kitts, D. D. (2000). Induction of oxidatively modified proteins in skeletal muscle by electrical stimulation and its suppression by dietary supplementation of (-)-epigallocatechin gallate. Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 64(5), 1004–1010. https://doi.org/10.1271/bbb.64.1004
28. Nyström T. (2005). Role of oxidative carbonylation in protein quality control and senescence. The EMBO journal, 24(7), 1311–1317. https://doi.org/10.1038/sj.emboj.7600599
29. Percio, A., Cicchinelli, M., Masci, D., Summo, M., Urbani, A., & Greco, V. (2024). Oxidative Cysteine Post Translational Modifications Drive the Redox Code Underlying Neurodegeneration and Amyotrophic Lateral Sclerosis. Antioxidants (Basel, Switzerland), 13(8), 883. https://doi.org/10.3390/antiox13080883
30. Pham, T. K., Buczek, W. A., Mead, R. J., Shaw, P. J., & Collins, M. O. (2021). Proteomic approaches to study cysteine oxidation: Applications in neurodegenerative diseases. Front Mol Neurosci, 14, 678837.
https://doi.org/10.3389/fnmol.2021.678837
31. Ruttkay-Nedecky, B., Nejdl, L., Gumulec, J., Zitka, O., Masarik, M., Eckschlager, T., Stiborova, M., Adam, V., & Kizek, R. (2013). The role of metallothionein in oxidative stress. International journal of molecular sciences, 14(3), 6044–6066. https://doi.org/10.3390/ijms14036044
32. Smith, P. J., Wiltshire, M., Furon, E., Beattie, J. H., & Errington, R. J. (2008). Impact of overexpression of metallothionein-1 on cell cycle progression and zinc toxicity. American journal of physiology. Cell physiology, 295(5), C1399–C1408. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00342.2008
33. Stair, E. R., & Hicks, L. M. (2023). Recent advances in mass spectrometry-based methods to investigate reversible cysteine oxidation. Current opinion in chemical biology, 77, 102389. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2023.102389
34. Subramanian Vignesh, K., & Deepe, G. S., Jr (2017). Metallothioneins: Emerging Modulators in Immunity and Infection. International journal of molecular sciences, 18(10), 2197.
https://doi.org/10.3390/ijms18102197
35. Tsomaia, K., Patarashvili, L., Karumidze, N., Bebiashvili, I., Azmaipharashvili, E., Modebadze, I., Dzidziguri, D., Sareli, M., Gusev, S., & Kordzaia, D. (2020). Liver structural transformation after partial hepatectomy and repeated partial hepatectomy in rats: A renewed view on liver regeneration. World journal of gastroenterology, 26(27), 3899–3916. https://doi.org/10.3748/wjg.v26.i27.3899
36. Tsudzevich, B. O., & Kalinin, I. V. (2011). Metal-binding capacity of metallothioneins of the liver of rats poisoned with heavy metals. Ukrainian Biochemical Journal, 83(4), 108–112.
37. van de Laarschot, L. F., Jansen, P. L., Schaap, F. G., & Olde Damink, S. W. (2016). The role of bile salts in liver regeneration. Hepatology international, 10(5), 733–740. https://doi.org/10.1007/s12072-016-9723-8
38. Verhoef, J. N. C., Allen, A. L., Harding, J. C. S., & Al-Dissi, A. N. (2018). Metallothionein Expression in Horses With Chronic Liver Disease and Its Correlation With Ki-67 Immunoreactivity. Veterinary pathology, 55(5), 703–710. https://doi.org/10.1177/0300985818777802
39. Yang, M., & Silverstein, R. L. (2024). Targeting Cysteine Oxidation in Thrombotic Disorders. Antioxidants, 13(1), 83. https://doi.org/10.3390/antiox13010083
40. Yang, R., Roshani, D., Gao, B., Li, P., & Shang, N. (2024). Metallothionein: A Comprehensive Review of Its Classification, Structure, Biological Functions, and Applications. Antioxidants, 13(7), 825. https://doi.org/10.3390/antiox13070825
