Регистрация биологических реактивных форм кислорода (РФК)

Регистрация биологических реактивных форм кислорода и азота

Оксидативный (окислительный) стресс – процесс повреждения живых клеток в результате окисления – напрямую связан с развитием таких паталогий как рак, болезнь Альцгеймера, атеросклероз, аутизм, болезнь Паркинсона и инфекционные заболевания. Главной причиной оксидативного стресса являются реактивные формы кислорода (РФК), избыток которых приводит к повреждению белков, липидов и ДНК. Две основных молекулы РФК – это супероксидный радикал (O2·-) и гидроксильный радикал (·OH), возникновение и распад которых можно наблюдать с высокой точностью с помощью метода ЭПР-спектроскопии.

Введение

Интерес к свободно-радикальным процессам стремительно возрос за последнее десятилетие. Чрезвычайная сложность изучаемых реакций привела к необходимости нового взгляда на проблему с фундаментальной точки зрения. Радикалы являются промежуточными продуктами во множестве биохимических реакций. Среди радикалов, возникающих в ходе естественных биохимических реакций, наиболее распространенными являются реактивные формы кислорода (РФК), такие как гидроксильный, пероксильный и супероксидный радикалы, а также реактивные формы азота (РФА), такие как монооксид азота и пероксинитрит.

Задача

Прямая регистрация РФК и РФА при комнатной температуре является очень сложной либо невыполнимой задачей вследствие их чрезвычайно короткого времени жизни.

Решение

Метод ЭПР-спектроскопии спиновых ловушек был разработан в конце 1960-х годов и заключается в том, что нитро- или нитрозосоединение взаимодействует с высокореактивным свободным радикалом-мишенью и образует более стабильный свободный радикал, который может быть зарегистрирован с помощью техники ЭПР-спектроскопии. Более того, получаемый в результате т.н. "радикальный аддукт" имеет уникальную структуру спектра ЭПР, позволяющую идентифицировать исходный свободный радикал.

Ros 1

Оборудование

Наш новейший настольный ЭПР-спектрометр EMXnano включает в себя магнитную систему нового поколения и высокочувствительный микроволновый резонатор, что обеспечивает точность и воспроизводимость результатов измерения и превосходную чувствительность. Данный прибор является оптимальным выбором как для исследовательской лаборатории, так и для целей обучения методам спектроскопии магнитного резонанса.

 

С помощью EMXnano как серьезные исследователи, так и студенты с минимальным опытом в области ЭПР смогут в полной мере реализовать потенциал ЭПР-спектроскопии спиновых ловушек для идентификации и количественного анализа свободных радикалов в биологических системах (белки, кровь, живые ткани и т.д.)

 

Conclusion

The conclusion of these studies was that reduced OxPhos led to reduced adiposity and increased insulin sensitivity--a contradiction of the theory that reduced OxPhos was the cause of T2DM. The difference from previous studies may be due to absence of accumulation of ROS in this particular model of OxPhos deficiency.

The mechanism proposed by the authors to explain their findings was that reduction of OxPhos produced a compensatory increase in anaerobic glucose metabolism, leading to a net increase in fuel utilization to meet energy needs. Basically, they made the mice very inefficient consumers of fuel, which prevented them from gaining weight on a high fat diet or developing insulin resistance. Because the AIF knockout shifted the metabolite balance--decreased ATP, decreased NAD, and increased AMP--activation of AMPKinase might have stimulated catabolic processes including glucose uptake and fatty acid oxidation. As well, lower NAD levels might have reduced activation of a pathway promoting glycolysis.  

This study shows that a primary OxPhos defect does not cause T2DM in mice. It actually made the mice resistant to the disease--a finding with potential implications for development of therapies for diabetes.

Contact an Expert to request for demo
Free Radical Detection with the EMXnano

References

  • Joza, N., Oudit, G.Y., Brown, D., Benit, P., Kassiri, Z., Vahsen, N., Benoit, L., Patel, M.M.,Nowikovsky, K., Vassault, A., et al. (2005). Muscle-specific loss of apoptosis-inducing factor leads to mitochondrial dysfunction, skeletal muscle atrophy, and dilated cardiomyopathy. Mol. Cell. Biol. 25, 10261–10272.
  • Lowell, B.B., and Shulman, G.I. (2005). Mitochondrial dysfunction and type 2 diabetes. Science 307, 384–387.
  • Mootha, V.K., Lindgren, C.M., Eriksson, K.F., Subramanian, A., Sihag, S., Lehar, J., Puigserver, P., Carlsson, E., Ridderstrale, M., Laurila, E., et al. (2003). PGC-1alpha-responsive genes involved in oxidative phosphorylation are coordinately downregulated in human diabetes. Nat. Genet. 34, 267–273
  • Patti, M.E., Butte, A.J., Crunkhorn, S., Cusi, K., Berria, R., Kashyap, S., Miyazaki, Y., Kohane, I., Costello, M., Saccone, R., et al. (2003). Coordinated reduction of genes of oxidative metabolism in humans with Insulin resistance and diabetes: Potential role of PGC1 and NRF1. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 8466-8471.
  • Petersen, K.F., Befroy, D., Dufour, S., Dziura, J., Ariyan, C., Rothman, D.L., DiPietro, L., Cline, G.W., and Shulman, G.I. (2003). Mitochondrial dysfunction in the elderly: Possible role in insulin resistance. Science 300, 1140–114