Prevention of Mitochondrial Dysfunction with 2-Ethyl-6-Methyl-3-Hydroxypyridine Carnitinate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The biological activity of 2-ethyl-6-methyl-3-hydroxypyridine carnitinate was studied. This substance exhibited high antiradical and antioxidant activity. It could indicate that 2-ethyl-6-methyl-3-hydroxypyridine carnitinate might have the ability to modulate stress-related alterations. The aim of this study was to examine the results supporting antistress property of this drug using a model of acute hypobaric hypoxia. Acute exposure to hypobaric hypoxia increased the rate of lipid peroxidation by 2.3 times, leading to changes in the content of C18 and C20 fatty acids in mitochondrial membranes: the double bond index of C18 fatty acids decreased by 18.2%, the content of 20:3ω3, 20: 2ω6 and 20:1ω9 dropped by 13%, 80% and 33%, respectively. These changes were accompanied by changes in the bioenergetic characteristics of mitochondria. The maximum rates of NAD-dependent substrate oxidation decreased by 28–35%. Administration of 2-ethyl-6methyl-3-hydroxypyridine carnitinate (10–6 mol/kg) to animals for 5 days suppressed lipid peroxidation, prevented changes in fatty acids composition of mitochondrial membranes, and, consequently, alterations in mitochondrial bioenergetics what most likely determined the anti-stress properties of the drug: 3.5–4.0-fold increase in life expectancy and 12–40% increase in the survival rate of mice under various types of hypoxia. The preparation was also able to enhance wheat seed germination and seedlings growth.

About the authors

I. V Zhigacheva

N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: zhigacheva@mail.ru
Moscow, Russia

I. F Rusina

N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics

Email: rusina939@mail.ru
Moscow, Russia

N. I Krikunova

N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

Yu. V Kuznetsov

N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

M. M Rasulov

State Scientific Center “State Research Institute of Chemistry and Technology of Organoelement Compounds”

Email: rasulovmaksud@gmail.com
Moscow, Russia

M. A Yakovleva

N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

A. N Goloshchapov

N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

References

  1. Воронина Т. А. Мексидол: основные нейропсихотропные эффекты и механизм действия. Фарматека, 6, 28–31 (2009).
  2. Коробкин М. В., Пашин Е. Н., Бобер К. Е., Покровский М. В., Рагулина В. А., Артюшкова Е. Б., Покровская Т. Г., Корокина Л. В., Цепелев В. Ю. и Даниленко Л. М. Изучение эндотелиопротективного и коронарного действия производных 3-оксипиридина. Кубанский науч.-мед. вестн., 109 (4), 137–140 (2009).
  3. Бугрова М. Л., Абросимов Д. А. и Яковлева Е. И. Влияние мексидола на мозговой натрийуретический пептид кардиомиоцитов в постреперфузионном периоде в эксперименте. Современные технологии в медицине, 7 (3), 40–47 (2015). doi: 10.17591/stm2-15.7.3.05
  4. Дюмаев К. М., Воронина Т. А. и Смирнов Л. Д. Антиоксиданты в профилактике и терапии патологий ЦНС (Изд-во Ин-та биомедицинской химии РАМН, М. 1995).
  5. Surai P. Carnitine Enigma: From antioxidant action to vitagene regulation. Part 2. Transcription factors and practical application. Veterinary Sci., 2 (1), 66–84, (2015). doi: 10.13188/2325-4645.1000018
  6. Шляпинтох В. Я., Карпухин О. Н., Постников Л. М., Захаров И. В., Вичутинский А. А. и Цепалов В. Ф. 1966. Хемилюминесцентные методы исследования медленных химических процессов (Наука, М., 1966).
  7. Каркищенко Н. Н. и Грачевой С. В. Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях (Профиль, М., 2010).
  8. Mokhova E. N., Skulachev V. P., and Zhigacheva I. V. Activation of the external pathway of NADH oxidation in liver mitochondria of cold-adapted rats. Biochim. Biophys. Acta, 501, 415–423 (1977). doi: 10.1016/0005-2728(78)90109-3
  9. Fletcher B. I., Dillard C. D., and Tappel A. L. Measurement of fluorescent lipid peroxidation products in biological systems and tissues, Anal. Biochem., 52, 1–9 (1973). doi: 10.1016/0003-2697(73)90327-8
  10. Carreau J. P. and Dubacq J. P. Adaptation of a macroscale method to the micro-scale for fatty acid methyl transesterification of biological lipid extracts. J. Chromatogr., 151 (3), 384 (1979). doi: 10.1016/S00219673(00)88356-9Get
  11. Wang J., Sunwoo H., Cherian G., and Sim I. S. Fatty acid determination in chicken egg yolk: a comparison of different methods. Poult Sci., 79 (8), 1168 (2000). doi: 10.1093/ps/79.8.1168
  12. Golovina R. V. and Kuzmenko T. E. Thermodynamic evaluation of the interaction of fatty acid methyl esters with polar and non-polar stationary phases, based on their retention indices. Chromatography, 10 (9), 545 (1977).
  13. Каркищенко В. Н., Каркищенко Н. Н., Шустов Е. Б., Берзин И. А., Фокин Ю. В. и Алимкина О. В. Особенности интерпретации показателей работоспособности лабораторных животных по плавательным тестам с нагрузкой. Биомедицина, 4, 34–46 (2016).
  14. Островская Р. У., Клейменова Н. Н., Камышева В. А., Молодавкин Г. М., Яворский А. Н. и Бойко С. С. В кн. Фармакологическая коррекция утомления, под ред. Ю. Г. Бобкова (Медицина, М., 1982), сс. 39–42.
  15. De Carvalho C. C. C. R., and Caramujo M. J. The Various roles of fatty acids. Molecules, 23 (10), 2583 (2018), doi: 10.3390/molecules23102583
  16. Danilenko L. M., Skachilova S. Ya., Nadezhdin S. V., Timokhina A. S., Shcheblykina O. V., and Kotelnikova A. S. Pharmacological screening of substances with cardioprotective effect in the group of 3-oxypyridine derivatives. Res. Result: Pharmacol., 4, 125–131 (2018). doi: 10.3897/rrpharmacology.4. 28414
  17. Волчегорский А., Синицкий А. И., Мирошниченко И. Ю. и Рассохина Л. М. Влияние производных 3-оксипиридина и янтарной кислоты на активность моноаминоксидаз in vitro. Хим.-фармацевт. журн., 52 (1), 3–7 (2018).
  18. Skachilova S. Ya., Ragulina V. A., Kostina D. A., and Burda Y. E. Test system for evaluation of the influence of the biological activity of substances on the signal system of NF-?B: focus on the derivatives of 3hydroxypyridine. Res. Result: Pharmacol. Clin. Pharmacol., 3 (2), 50–56 (2017). doi: 10.18413/2313-8971-2017-3-2-50-56
  19. Асташкин Е. И. и Глейзер М. Г. Влияние L-карнитина на оксидативный стресс при сердечно-сосудистых заболеваниях. Мед. совет., 10, 94–100 (2016).
  20. Gnoni A., Longo S., Gnoni G. V., and Giudetti A. M. Carnitine in human muscle bioenergetics: Can carnitine supplementation improve physical exercise? Molecules, 25 (1), 182 (2020). doi: 10.3390/molecules25010182
  21. Русина И. Ф., Карпухин О. Н. и Касаикина О. Т. Хемилюминесцентные методы в исследовании ингибированного окисления. Хим. физика, 32 (8), 53, (2013). doi: 10.7868/s0207401x13080098
  22. Беляков В. А., Васильев Р. Ф. и Федорова Г. Ф. Кинетика окси-хемилюминесценции и ее использование для анализа антиоксидантов Кинетика и катализ, 45 (3), 355–362 (2004)
  23. Русина И. Ф., Вепринцев Т. Л. и Васильев Р. Ф. Антиоксидантная активность двухатомных фенолов. Хим. физика, 41 (2), 12–19 (2022). doi: 10.31857/S0207401X22020108
  24. Жигачева И. В., Бинюков В. И., Русина И. Ф., Миль Е. М. и Генерозова И. П. Антиоксидантные и антирадикальные свойства ресвератрола и его антистрессовая активность. Хим. физика, 39 (7), 41–48 (2020). doi: 10.1134/S1990793120040120

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences