ВЛИЯНИЕ РАЗНЫХ ДОЗ КАДМИЯ НА АКТИВНОСТЬ МАТРИКСНЫХ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗ В СЕРДЦЕ, МОЗГЕ И СЫВОРОТКЕ КРОВИ КРЫС

О. З. Фоменко; О. Э. Шаульская; Ю. Г. Кот; Г. А. Ушакова; А. И. Шевцова

О. З. Фоменко ГУ «Днепропетровская медицинская академия МОЗ Украины»
О. Э. Шаульская ГУ «Днепропетровская медицинская академия МОЗ Украины»
Ю. Г. Кот Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
Г. А. Ушакова Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара
А. И. Шевцова ГУ «Днепропетровская медицинская академия МОЗ Украины»

Ключевые слова: кадмий, ММП2, ММП9, мозг, сердце, сыворотка крови

Аннотация

Кадмий (Cd) не является элементом, необходимым для обеспечения метаболических процессов в клетке, его накопление в организме может привести к нарушению жизнедеятельности органов и систем, поэтому молекулярные механизмы его действия активно исследуются в последнее время. Целью работы было изучение влияния разных доз кадмия (0,1 мкг/кг и 1 мкг/кг) на активность двух ферментов из семейства матриксных металлопротеиназ – желатиназы А (ММП2) и желатиназы В (ММП9) – в мозге, сердце и сыворотке крови крыс. Для оценки активности этих ферментов использовался метод желатин-зимографии. Показано, что низкие дозы экзогенного кадмия (0,1 мкг/кг) приводят к снижению активности латентной и зрелой форм ММП9 в сыворотке крови и миокарде при практически неизменной активности данных ферментов в мозге. Высокие дозы кадмия (1 мкг/кг) вызывают достоверное увеличение активности обеих желатиназ в миокарде и снижение ММП2 в мозге. Полученные результаты свидетельствуют о дозозависимом и тканеспецифическом влиянии кадмия на процессы ММП-зависимой деградации белков.

Литература

Achanzar, W. E. Cadmium-induced malignant transformation of human prostate epithelial cells / W. E. Achanzar, B. A. Diwan, J. Liu [et al.] // Cancer Res. – 2001. – Vol. 61, № 2. – P. 455–458.

Auld, D. S. Removal and replacement of metal ions in metallopeptidases / D. S. Auld // Meth. Enzymol. – 1995. – Vol. 248. – P. 228–242.

Baroni, T. In vitro cadmium effects on ECM gene expression in human bronchial epithelial cells / T. Baroni, C. Lilli, C. Bellucci [et al.] // Cytokine. – 2015. – Vol. 72, № 1. – P. 9–16.

Bradford M. Rapid and sensitive methods for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding / M. Bradford // Anal. Biochem. – 1985. – Vol. 72. – P. 248–254.

European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and other Scientific Purposes. − CETS No.123. − Strasbourg, 1986.

Himeno, S. The role of zinc transporters in cadmium and manganese transport in mammalian cells / S. Himeno, T. Yanagiya, H. Fujishiro // Biochimie. – 2009. – Vol. 91, № 10. – P. 1218–1222.

Jarup, L. Health effects of cadmium exposure--a review of the literature and a risk estimate / L. Jarup, M. Berglund, C. G. Elinder [et al.] // Scandinavian journal of work, environment & health. – 1998. – Vol. 24, Suppl. 1 – P. 1–51.

Jin, T. Toxicokinetics and biochemistry of cadmium with special emphasis on the role of metallothionein / T. Jin, J. Lu, M. Nordberg // Neurotoxicology. – 1998. – Vol. 19, № 4–5. – P. 529–535.

Kirschvink, N. Repeated cadmium nebulizations induce pulmonary MMP-2 and MMP-9 production and emphysema in rats / N. Kirschvink, G. Vincke, L. Fiévez [et al.] // Toxicology. – 2005. – Vol. 211, № 1–2. – P. 36–48.

Kousios, A. Matrix Metalloproteinases and Subclinical Atherosclerosis in Chronic Kidney Disease: A Systematic Review / A. Kousios, P. Kouis, A. G. Panayiotou // Int J Nephrol. – 2016. – Vol. 2016. – ID: 9498013.

Lacorte, L. M. Cadmium exposure inhibits MMP2 and MMP9 activities in the prostate and testis / L. M. Lacorte, J. C. Rinaldi, L. A. Justulin Jr [et al.] // Biochem Biophys Res Commun. – 2015. – Vol. 20, № 457(4). – P. 538‒541.

Lian, S. Cadmium induces matrix metalloproteinase-9 expression via ROS-dependent EGFR, NF-кB, and AP-1 pathways in human endothelial cells/ S. Lian, Y. Xia, P. N. Khoi [et al.] // Toxicology. – 2015. – Vol. 338. –P. 104-116.

Martelli, A. Cadmium toxicity in animal cells by interference with essential metals / A. Martelli, E. Rousselet, C. Dycke [et al.] // Biochimie. – 2006. – Vol. 88. – P. 1807-1814.

Meplan, C. Cadmium induces conformational modifications of wild-type p53 and suppresses p53 response to DNA damage in cultured cells / C. Meplan, K. Mann, P. J. Hainaut // Biol. Chem. – 1999. – Vol. 274 – P. 31663-31670.

Nordberg, G. F. Cadmium. Third Edition / G. F. Nordberg, B.A. Fowler, M. Nordberg; Friberg, LT., editors // Elsevier: Handbook on the Toxicology of Metals. – 2007. – P. 445-486.

Olszowski, T. Cadmium Concentration in Mother's Blood, Milk, and Newborn's Blood and Its Correlation with Fatty Acids, Anthropometric Characteristics, and Mother's Smoking Status / T. Olszowski, I. Baranowska-Bosiacka, E. Rębacz-Maron [et al.] // Biol Trace Elem Res. – 2016 Apr 4. [Epub ahead of print]

Pardo, A. Role of matrix metalloproteinases in the pathogenesis of idiopathic pulmonary fibrosis / A. Pardo, S. Cabrera, M. Maldonado, M. Selman // Respir Res. – 2016. – Vol. 4. – P. 17-23.

Rizwan, M. Cadmium minimization in wheat: A critical review / Rizwan M., Ali S., Abbas T. [et al.] // Ecotoxicol Environ Saf. – 2016. – Vol. 130. – P. 43-53.

Rizwan, M. Cadmium stress in rice: toxic effects, tolerance mechanisms, and management: a critical review / Rizwan M., Ali S., Adrees M., [et al.] // Environ Sci Pollut Res Int. − 2016 Mar 21. [Epub ahead of print]

Shiyntum, H. N. Protective/detoxicative function of metallothionein in the rat brain and blood induced by controlled cadmium doses / H. N. Shiyntum, G. A. Ushakovа // Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, medicine. – 2015. –.Vol. 6, № 2. – P. 103-107.

Shimada, H. Acute, nontoxic cadmium exposure inhibits pancreatic protease activities in the mouse / H. Shimada, T. Funakoshi, M. P. Waalkes // Toxicol Sci. – 2000. – Vol. 53, № 2. – P. 474-480.

Small, C. D. Matrix metalloproteinases in neural development: a phylogenetically diverse perspective / C. D. Small, B. D. Crawford // Neural Regen Res. – 2016. – Vol. 11, № 3. – P. 357-362.

Snoek-van Beurden, P. A. Zymographic techniques for the analysis of matrix metalloproteinases and their inhibitors / P. A. Snoek-van Beurden, J. W. Von den Hoff // Biotechniques. – 2005. – Vol. 38, № 1. – P. 73–83.

Solenkova, N. V. Metal Pollutants and Cardiovascular Disease: Mechanisms and Consequences of Exposure / N. V. Solenkova, J. D. Newman, J. S. Berger [et al.] // Am Heart J. – 2014. – Vol. 168, № 6. – P. 812-822.

Souza, A. P. Inhibition of human gingival gelatinases (MMP-2 and 9) by metal salts / A.P. Souza, R.F. Gerlach, S. R. P. Line // Dent. Mater. -2000. – Vol. 16, № 2. – P. 103-108.

Valko, M. Metals, toxicity and oxidative stress / M. Valko, H. Morris, M. T. Cronin // Current medicinal chemistry. – 2005. – Vol. 12, № 10. – P. 1161–1208.

Van Wart, H. E. The cysteine switch: a principle of regulation of metalloproteinase activity with potential applicability to the entire matrix metalloproteinase gene family / H. E. Van Wart, H. Birkedal-Hansen // Proc Natl Acad Sci USA. – 1990. – Vol. 87. – P. 5578–5582.

Yiin, S. J. Lead-catalyzed peroxidation of essential unsaturated fatty acid / S. J. Yiin, T. H. Lin // Biological trace element research. – 1995. – Vol. 50, № 2. – P. 167–172.

Yucebilgic, G. Effects of lead on Na(+)-K(+) ATPase and Ca(+2) ATPase activities and lipid peroxidation in blood of workers / G. Yucebilgic, R. Bilgin, L. Tamer, S. Tukel // International journal of toxicology. - 2003. – Vol. 22, № 2. – P. 95–97.