ОСОБЛИВОСТІ МЕТАБОЛІЧНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ ГОМОЦИСТЕЇНУ ТА ЦИСТЕЇНУ В ГЕПАТОЦИТАХ ЩУРІВ ЗА УМОВ НУТРІТИВНОГО ДИСБАЛАНСУ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2020.02.141Keywords:
гомоцистеїн, цистеїн, γ-глутамілцистеїнлігаза, цистеїндиоксигеназа, гепатоцити, алімен- тарна депривація протеїну, високосахарозний раціонAbstract
Робота присвячена дослідженню концентрації гомоцистеїну в плазмі крові та активності ензимів катабо-
лічних перетворень цистеїну – γ-глутамілцистеїнлігази та цистеїндиоксигенази у гепатоцитах щурів за умов
споживання надмірного вмісту сахарози на тлі аліментарної депривації протеїну. Впродовж експерименту
тварини споживали напівсинтетичний раціон відповідно до рекомендацій Американського інституту нутріє-
нтології за принципом парного харчування з урахуванням кількості харчового протеїну та сахарози в перераху-
нку на кілограм дієти. Концентрацію гомоцистеїну в зразках плазми крові визначали імунохімічним методом із
електрохемілюмінесцентною детекцією (ECLIA). Рівень цистеїну оцінювали колориметричним методом при
взаємодії з кислотним нінгідриновим реагентом. Активність γ-глутамілцистеїнлігази визначали за вмістом
неорганічного фосфору (Рі) внаслідок гідролізу АТР в реакційній суміші. Активність цистеїндиоксигенази дос-
ліджували за зменшенням вмісту цистеїну в реакційній суміші.
Встановлено, що споживання тваринами високосахарозного раціону супроводжується підвищенням конце-
нтрації гомоцистеїну в плазмі крові на 57 % порівняно з контролем, тоді як надходження надлишку даного
вуглеводу за умов нестачі протеїну призводить до розвитку гіпогомоцистеїнемії (знижується на 43 % порів-
няно зі значеннями контрольної групи тварин). Підвищений рівень гомоцистеїну в плазмі крові при споживанні
надлишку сахарози можна розглядати як прогностичний маркер функціональних порушень шляху транссуль-
фування в печінці та використовувати в діагностиці гепатопатологій. Оскільки за умов споживання високоса-
харозного раціону в клітинах печінки відбувається зростання вмісту цистеїну та активності γ-
глутамілцистеїнсинтетази – ключового ензиму синтезу глутатіону, що, ймовірно, спрямовано на підтримання
внутрішньоклітинних резервів даного трипептиду. Отримані нами дані щодо виникнення гіпогомоцистеїнемії
за умов споживання надмірної кількості легкодоступного вуглеводу на тлі нестачі харчового протеїну висвіт-
люють прогалини в розумінні кореляції між обмінними процесами метіоніну, гомоцистеїну та цистеїну в печі-
нці. При надмірному споживанні сахарози на тлі протеїнової недостатності ключовим чинником зниження
активності γ-глутамілцистеїнсинтетази (на 36 %) та субстрату даної реакції – цистеїну – можна розгляда-
ти нестачу екзогенного протеїну, оскільки зменшується не лише кількість надходження даної амінокислоти, а
й порушується її синтез із метіоніну. Водночас максимальне підвищення цистеїндиоксигеназної активності в
гепатоцитах щурів за умов споживання високосахарозного/низькопротеїнового раціону на тлі зниження γ-
ГЦС активності вказує на утилізацією надлишку цистеїну з утворенням таурину та сульфатів.
References
Zhloba A.A., Subbotina T.F. Evaluation of homocysteine binding with a fraction of plasma proteins associated with
vascular remodeling. Arterial hypertension. 2013; 19 (2): 184–188. (in Russian)
Kopylchuk G. P., Buchkovska I. M., Borschovetska N. L., Chopyk N. V. The activity of glutathione synthesis and
conjugation enzymes in rat hepatocytes under conditions of low-protein diet and acute liver injury. Biolohichni
systemy. 2014; 6(1): 10–15. (in Ukrainian)
Kopylchuk Н. P., Buchkovska I. M., Nikolaev R. O.Content of protein fractions of blood plasma in animals under
the conditions of protein deficiency. Biolohichni systemy. 2015; 7(3): 16–20. (in Ukrainian).
Kopylchuk G. P., Buchkovska I. M., Ostrovska Y. K. Features transsulfuration pathway of homocysteine in
hepatocytes rat under the conditions of protein deficiency. Biolohichni systemy. 2015; 7(2): P. 156–162. (in
Ukrainian)
Nechyporuk V. M., Korda М. М. Metabolism of cysteine in experimental hyper- and hypothyroidism in rats.
Medical and Сlinical Сhemistry. 2017; 19(4): 32–40. doi:10.11603/mcch.2410-681X.2017.v0.i4.8433 (in
Ukrainian)
Obolenskaya M. Yu., Rodriges R. R., Martsenyuk O. P. Folate-related processes in human placenta: gene
expression, aminothiols, proliferation and apoptosis. Ukr. Biochem. J. 2011; 83(1): 5–17. (in Ukrainian)
Petrenko A. Yu., Sukach A. N., Roslyakov A. D. Isolation of rat iiepatocytes by a non-enzymatic method:
detoxicative and respiratory activities. Biochemistry. 1991; 56(9): 1647–1650. (in Russian)
Prystupa L. N., Grek A. V., Ataman Y. O. Clinical significanse of homocysteine in atherosclerotic process
(literature rewiev). Visnyk SumDU. Seriya «Medycyna».2012; 1: 55–61. (in Ukrainian)
Burchfield J. G, Kebede M. A., Meoli Ch. C., Stöckli J., Whitworth P. T., Wright A. L., Hoffman N. J., Minard A.
Y., Ma X., Krycer J. R., Nelson M. E., Tan Sh.-X., Yau B., Thomas K. C., Wee N. Y., Khor E.-Ch., Enriquez R. F.,
Vissel B., Biden T. J., Baldock P. A., Hoehn K. L., Cantley J., Cooney G., James D. E., Fazakerley D. J. High
dietary fat and sucrose results in an extensive and time-dependent deterioration in health of multiple physiological
systems in mice. J Biol Chem. 2018; 293(15): 5731–5745. doi: 10.1074/jbc.RA117.000808
DiNicolantonio J. J., Bhutani J., O’Keefe J. H. Added sugars drive chronic kidney disease and its consequences: A
comprehensive review. J. Insulin Resistance. 2016; 1: 1–13. doi: 10.4102 / jir.v1i1.3
Djuric D. M. Editorial: Sulfur-Containing Amino Acids in Cardiovascular and Neural Physiology, Pathophysiology
and Pharmacology: An Overview and Update. Curr Med Chem. 2018; 25(3): 322–323. doi:
2174/092986732503180130142900
Ellacott K., Morton G. J., Woods S. C., Tso P., Schwartz M. W. Assessment of feeding behavior in laboratory mice.
Cell Metab. 2010; 12(1): 10–17. doi: 10.1016/j.cmet.2010.06.001
Fernandes-Lima F., Monte T. L. Nascimento F. A., Gregório B. M. Short Exposure to a High-Sucrose Diet and the
First Hit of Nonalcoholic Fatty Liver Disease in Mice. Cells Tissues Organs. 2016; 201(6): 464–472. doi: 10,1159 /
Gaitonde M. K. A spectrophotometric method for direct determination of cysteine in the presence of other naturally
occuring amino acid. Biochem. J. 1967; 104(2): 627–633.
Hashimoto T., Shinohara Y., Hasegawa H. Homocysteine metabolism. Yakugaku Zasshi. 2007; 127(10): 1579-1592.
doi: 10.1248/yakushi.127.1579
Jakubowski H., Głowacki R. Chemical biology of homocysteine thiolactone and related metabolites. Adv. Clin.
Chem. 2011; 55: Р. 81–103. doi: 10.1016 / b978-0-12-387042-1.00005-8
Jung Y. S. Metabolism of Sulfur-Containing Amino Acids in the Liver: A Link between Hepatic Injury and
Recovery. Biol Pharm Bull. 2015; 38(7): 971–974. doi: 10.1248/bpb.b15-00244
Karmin O., Siow Y. L. Metabolic Imbalance of Homocysteine and Hydrogen Sulfide in Kidney Disease. Curr Med
Chem. 2018; 25(3): 367–377. doi:10.2174/0929867324666170509145240
Kopylchuk H. P., Nykolaichuk I. M., Lylyk I. S. Indexes of citrulline metabolism in rat liver under the toxic injury
against the background of alimentary protein deficiency. Ukr. Biochem. J. 2020; 92(1): 113–119. doi:
https://doi.org/10.15407/ubj92.01.113
Li L., Zhao Z., Xia J., Xin L., Chen Y., Yang S., Li K. A Long-Term High-Fat/High-Sucrose Diet Promotes Kidney
Lipid Deposition and Causes Apoptosis and Glomerular Hypertrophy in Bama Minipigs. PLoS One. 2015; 10 (11):
doi:10.1371 / journal.pone.0142884
Nieman K. M., Schalinske K. L. Insulin administration abrogates perturbation of methyl group and homocysteine
metabolism in streptozotocin-treated type 1 diabetic rats. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2011; 301(3): 560-565.
doi: 10.1152/ajpendo.00105.2011
Prabhu A., Sarcar B., Kahali S., Yuan Z. Johnson J., Adam K.-P., Kensicki E., Chinnaiyan P. Cysteine Catabolism:
A Novel Metabolic Pathway Contributing to Glioblastoma Growth. Cancer Res. 2014; 74(3): 787-796. doi:
1158/0008-5472.CAN-13-1423
Qureshi S. S., Gupta J. K., Goyal A., Narayan Yadav H. A novel approach in the management of
hyperhomocysteinemia. Med Hypotheses. 2019; 129:109245. doi: 10.1016/j.mehy.2019.109245
Rasool S., Geetha T., Broderick T. L., Babu J. R. High Fat With High Sucrose Diet Leads to Obesity and Induces
Myodegeneration. Front Physiol. 2018; 9: 1054–1064. doi: 10.3389 / fphys.2018.01054
Reeves P. G., Nielsen F. H., Fahey G. C. AIN-93 purified diets for laboratory rodents: final report of the American
Institute of Nutrition ad hoc writing committee on the reformulation of the AIN-76A rodent diet. J Nutr. 1993;
(11): 1939 – 1951. doi: 10.1093 / jn /123.11.1939
Sellmann C., Baumann A., Brandt A., Jin C.J., Nier A.,Bergheim I. Oral Supplementation of Glutamine Attenuates
the Progression of Nonalcoholic Steatohepatitis in C57BL/6J Mice. J. Nutr. 2017; 147(11): 2041–2049. doi:
3945/jn.117.253815
