The influence of coenzyme Q10 on xenobiotic-induced oxidative stress of cell

Journal : Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
Article : Wpływ koenzymu Q10 na stres oksydacyjny komórki indukowany ksenobiotykami

Authors :
Gacek, A.
Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM, 41-800 Zabrze, ul. Roosevelta 118, adamg@itam.zabrze.pl,
Bąk, P.
Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM, 41-800 Zabrze, ul. Roosevelta 118,
Blacha-Stachowicz, B.
Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM, 41-800 Zabrze, ul. Roosevelta 118,
Augustyniak, P.
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, 30-962 Kraków, al. Mickiewicza 30,
Liebert, A.
Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN, 02-109 Warszawa, ul. Trojdena 4,
Podbielska, H.
Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27,
Maniewski, R.
Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN, 02-109 Warszawa, ul. Trojdena 4,
Kostrzewa, B.
Akademia Górniczo-Hutnicza im S. Staszica, Wydział Elektroniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30, benita.kostrzewa@gmail.com,
Staszuk, A.
Akademia Górniczo-Hutnicza im S. Staszica, Wydział Elektroniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30,
Augustyniak, P.
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30, august@agh.edu.pl,
Nowak, I.
Specjalistyczny Zakład Profilaktyczno-Leczniczy PROVITA, 51-317 Wrocław, ul. Bierutowska 63,
Mraz, M.
Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, Wydział Fizjoterapii, Katedra Fizjoterapii i Terapii Zajęciowej w Dysfunkcjach Narządu Ruchu, 52-443 Wrocław, Aleja Ignacego Jana Paderewskiego 35, malgorzata.mraz@awf.wroc.pl,
Mraz, M.
Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, Wydział Fizjoterapii, Katedra Fizjoterapii i Terapii Zajęciowej w Medycynie Zachowawczej i Zabiegowej, 52-443 Wrocław, Aleja Ignacego Jana Paderewskiego 35,
Frączkowski, K.
Politechnika Wrocławska, Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej, 50-370 Wrocław, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27,
Kopaczyńska, M.
Politechnika Wrocławska, Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej, 50-370 Wrocław, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, marta.kopaczynska@pwr.wroc.pl,
Sawicka, E.
Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Katedra i Zakład Toksykologii, 50-552 Wrocław, ul. Borowska 211,
Długosz, A.
Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Katedra i Zakład Toksykologii, 50-552 Wrocław, ul. Borowska 211,
Abstract : Cisplatyna jest cytostatykiem o wysokiej skuteczności w leczeniu nowotworów złośliwych, jednak powoduje poważne skutki uboczne, najczęściej w postaci uszkodzenia nerek (nefrotoksyczność), wątroby (hepatotoksyczność) i narządu słuchu (ototoksyczność). Jednym z ubocznych skutków chemioterapii przy zastosowaniu cisplatyny jest wywoływanie przez ten ksenobiotyk stresu oksydacyjnego w komórkach. Wolne rodniki powstające pod wpływem cisplatyny mogą być neutralizowane przez egzogenne i endogenne antyoksydanty (np. koenzym Q10). Koenzym Q10 (CoQ10) jest silnym antyoksydantem nieenzymatycznym, obecnym we wszystkich komórkach organizmu człowieka. W warunkach fizjologicznych, CoQ10 syntetyzowany jest w wystarczających ilościach do prawidłowej ochrony antyoksydacyjnej komórek, jednak w przebiegu chorób nowotworowych, a także podczas chemioterapii jego stężenie może znacznie się obniżyć. Celem przeprowadzonych badań była charakterystyka wpływu CoQ10 na stres oksydacyjny komórki indukowany cisplatyną. Za pomocą metod spektrofotometrycznych, oznaczano in vitro aktywność enzymów antyoksydacyjnych w erytrocytach – dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) i peroksydazy glutationowej (GPx) oraz w mitochondriach – aktywność enzymu detoksykacyjnego II fazy biotransformacji – S-transferazy glutationowej (GST) po dodaniu cisplatyny oraz oceniano wpływ CoQ10 na aktywność tych enzymów. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że w stresie oksydacyjnym indukowanym cisplatyną, CoQ10 hamował spadek aktywności SOD oraz GPx w krwinkach czerwonych po dodaniu ksenobiotyku. Suplementacja CoQ10 u pacjentów przed rozpoczęciem chemioterapii może uzupełniać niedobory tego związku w organizmie oraz zwiększać odporność komórek na uszkodzenia oksydacyjne indukowane ksenobiotykiem.

Cisplatin is one of the most effective cytotoxic agents in the treatment of cancers. However, cisplatin has number of severe side effects, including such ones as nephrotoxicity, hepatotoxicity and ototoxicity. It is reported that cisplatin-induced oxidative stress in normal cells is one of the side effects of chemotherapy with cisplatin. Free radicals that are generated under the influence of cisplatin, are neutralized by endogenous and exogenous antioxidants (e.g. coenzyme Q10). Coenzyme Q10 (CoQ10) is a strong non-enzymatic antioxidant, presented in all cells of human body. Under physiological conditions, CoQ10 is synthesized in sufficient quantity to ensure proper antioxidant protection of cells. However, the concentration of CoQ10 may be decreased by cancers and chemotherapy. The purpose of this study was to characterize the influence of CoQ10 on the cisplatin-induced oxidative stress. Using spectroscopic methods, the activity of antioxidative enzymes in erythrocytes – superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GPx) and in the mitochondria – activity of II phase biotransformation enzyme – glutathione S-transferase (GST) after exposure to cisplatin was measured in vitro and the effect of CoQ10 on antioxidative enzymes activity was studied. CoQ10 inhibited the reduction in SOD and GPx activity after administration of cisplatin. However, the activity of GST, in samples with CoQ10, was reduced after exposure to cisplatin. The supplementation of CoQ10, before starting cisplatin chemotherapy, can minimalize the toxicity of cisplatin to normal cells.

Keywords : koenzym Q10, dysmutaza ponadtlenkowa, peroksydaza glutationowa, S-transferaza glutationowa, stres oksydacyjny, cisplatyna, coenzyme Q10, superoxide dismutase, glutathione peroxidase, glutathione S-transferase, oxidative stress, cisplatin,
Publishing house : Indygo Zahir Media
Publication date : 2013
Number : Vol. 19, nr 4
Page : 196 – 204

Bibliography
: 1 D.G. Deavall, E.A. Martin, J.M. Horner, R. Roberts: Drug-Induced Oxidative Stress and Toxicity, J Toxicol., vol. 10, 2012, s. 165–177.
2 M. Valko, D. Leibfritz, J. Moncol, M.T.D. Cronin, M. Mazur, J. Telser: Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease, IJBCB, vol. 39, 2007, s. 44–84.
3 M. Woźniak, M. Czyż: Mimetyki dysmutazy ponadtlenkowej – potencjalne zastosowania kliniczne, Postepy Hig Med. Dosw., vol. 62, 2008, s. 613–624.
4 E. Gałecka, R. Jacewicz, M. Mrowicka, A. Florkowski, P. Gałecki: Enzymy antyoksydacyjne – budowa, właściwości, funkcje, Pol. Merk. Lek., vol. 25, 2008, s. 266–268.
5 J. Sirivarasai, W. Wananukul, S. Kaojarern, S. Chanprasertyothin, N. Thongmung, W. Ratanachaiwong, T. Sura, P. Sritara: Association between inflammatory marker, environmental lead exposure, and glutathione s-transferase gene, Biomed Res. Int., 2013, 474963.
6 V. Krajka-Kuźniak: Indukcja enzymów II fazy jako strategia chemioprewencji nowotworów i innych schorzeń degeneracyjnych, Postepy Hig Med Dosw, vol. 61, 2007, s. 627–638.
7 E. Semieniuk, E. Skrzydlewska: Koenzym Q10 – biosynteza i znaczenie biologiczne w organizmach zwierząt i człowieka, Postepy Hig Med Dosw, vol. 59, 2005, s. 150–159.
8 F.L. Crane: Biochemical functions of coenzyme, J Am Coll Nutr, vol. 20, 2001, s. 591–598.
9 A. Lass, R. Sohal: Electron Transport-Linked Ubiquinone-Dependent Recycling of α-Tocopherol Inhibits Autooxidation of Mitochondrial Membranes, Arch. Biochem. Biophys., vol. 352, 1998, s. 229–236.
10 A. Czernic, M. Bartosz, J. Błaszczyk, A. Andysz, J. Błaszczyk-Suszyńska: Wpływ suplementacji koenzymem Q10 na enzymatyczną obronę antyoksydacyjną krwinek czerwonych ludzi zdrowych, Probl Hig Epidemiol, vol. 92, 2011, s. 632–635.
11 M. Miktus: Rola koenzymu q10 we współczesnej medycynie, Nutrition & Health, vol. 5, 2006, s. 1–12.
12 U. Cobanoglu, H. Demir, A. Cebi, F. Sayir, H.H. Alp, Z. Akan, T. Gur, E. Bakan: Lipid Peroxidation, DNA Damage and Coenzyme Q10 in Lung Cancer Patients – Markers for Risk Assessment?, APJCP, vol. 12, 2011, s. 1399–1403.
13 J. Schacht, A.E. Talaska, L.P. Rybak: Cisplatin and Aminoglycoside Antibiotics: Hearing Loss and Its Prevention, Anat Rec, vol. 295, 2012, s. 1837–1850.
14 V.V. Prabhu, N. Kannan, C. Guruvayoorappan: 1,2-Diazole prevents cisplatin-induced nephrotoxicity in experimental rats, Pharmacol. Rep., vol. 65, 2013, s. 980–990.
15 L. Brunton, K. Parker, D. Blumenthal, I. Buxton: Podręcznik farmakologii i terapii Goodmana i Gilmana, Wydawnictwo Czelej, Lublin 2010.
16 E. Sawicka, A. Długosz, J. Jędrzejczyk: Antioxidative Enzyme Activities After Exposure to KP972 and Cisplatin, Adv Clin Exp Med, vol. 20, 2011, s. 591–597.
17 S. Palipoch, C. Punsawad: Biochemical and Histological Study of Rat Liver and Kidney Injury Induced by Cisplatin, J Toxicol. Pathol., vol. 26, 2013, s. 293–299.
18 M. Sprauten, T.H. Darrah, D.R. Peterson, M.E. Campbell, R.E. Hannigan, M. Cvancarova, C. Beard, H.S. Haugnes., S.D. Fosså, J. Oldenburg, L.B. Travis: Impact of Long-Term Serum Platinum Concentrations on Neuro- and Ototoxicity in Cisplatin-Treated Survivors of Testicular Cancer, J Clin Oncol, vol. 30, 2012, s. 300–307.
19 Y. Chirino, J. Pedraza-Chaverri: Role of oxidative and nitrosative stress in cisplatin-induced nephrotoxicity, Exp Toxicol Pathol, vol. 61, 2009, s. 223–242.
20 G. Lenaz: Quinone specificity of Complex I, BBA-Bioenergetics, vol. 1364, 1998, s. 207–221.
21 H.P. Rang, M.M. Dale, J.M. Ritter: Farmakologia kliniczna, Wydawnictwo Czelej, Lublin 2001, s. 665–668.
22 A. Danysz, Z. Kleinrok: Podstawy Farmakologii, Wydawnictwo Volumed, Wrocław 1996, s. 632–640.
23 C. da Silva Machado, L.M. Mendonça, V. de Paula Venancio, M.L. Pires Bianchi, L.M.G. Antunes: Coenzyme Q10 protects Pc12 cells from cisplatin-induced DNA damage and neurotoxicity, NeuroToxicology, vol. 36, 2013, s. 10–16.
24 A.A. Fouad, A.I. Al-Sultan, S.M. Refaie, M.T. Yacoubi: Coenzyme Q10 treatment ameliorates acute cisplatin nephrotoxicity in mice, Toxicol, vol. 274, 2010, s. 49–56.
DOI :
Qute : Gacek, A. ,Bąk, P. ,Blacha-Stachowicz, B. ,Augustyniak, P. ,Liebert, A. ,Podbielska, H. ,Maniewski, R. ,Kostrzewa, B. ,Staszuk, A. ,Augustyniak, P. ,Nowak, I. ,Mraz, M. ,Mraz, M. ,Frączkowski, K. ,Kopaczyńska, M. ,Sawicka, E. ,Długosz, A. ,Długosz, A. , Wpływ koenzymu Q10 na stres oksydacyjny komórki indukowany ksenobiotykami. Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna Vol. 19, nr 4/2013
facebook