Effects of radical oxygen species and no: formation of intracellular hypoxia and activation of matrix metalloproteinases in tumor tissues

Aim: To establish the association between the radical oxygen species (ROS) and NO levels in the tumor cells mitochondria, between cell hypoxia development and activation of matrix metalloproteinases–2 and -9. Materials and Methods: Electron paramagnetic resonance (EPR) at room temperature and at the temperature of liquid nitrogen (77° K), spin traps technology, enzymography in polyacrylamide gel were applied. Results: Redox-centers in the respiration cascade of mitochondria have been revealed, multiple oxidative damage of which in breast and liver cancer tissues of experimental animals as well as in tumor tissue from patients with gastric cancer promote the development of cell hypoxia. Involvement of ROS and NO in activation of latent forms of matrix metalloproteinases in gastric tumor tissues has been shown. Conclusion: We hypothesize that superoxide radical-anions participate in development of cell hypoxia in tumors and surrounding normal tissues inducing activation of latent forms of matrix metalloproteinases.Цель: установить взаимосвязь между уровнями образования радикальных форм кислорода и оксида азота в митохондриях клеток опухолевых тканей, развитием клеточной гипоксии и активностью матриксных металлопротеиназ – 2 и –9. Методы: электронный парамагнитный резонанс при комнатной температуре и температуре жидкого азота (77 °К), технология Spin Traps, зимография в полиакриламидном геле. Результаты: выявлены редокс-центры в дыхательной цепи митохондрий, множественные окислительные повреждения, которые при канцерогенезе в молочных железах, печени экспериментальных животных и в опухолевой ткани больных раком желудка способствуют развитию клеточной гипоксии; показано участие супероксидных радикал-анионов и оксида азота в активации латентных форм матриксных металлопротеиназ в ткани рака желудка. Выводы: высказано предположение, что в формировании клеточной гипоксии в опухоли и прилегающих нормальных тканях принимают участие супероксидные радикал-анионы, которые активируют при этом латентные формы матриксных металлопротеиназ

High formation of superoxide anion and nitric oxide, and matrix metalloproteinases activity in vascular wall of rectal carcinoma vessels

Aim: To study the relationship between the level of generation of reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO) and activity of matrix metalloproteinases (MMPs) MMP-2 and MMP-9 in the vessels isolated from rectal tumors and Arteria rectalis superior. Methods: EPR at the room temperature and 77 °K, Spin Traps technology and zymography in polyacrylamide gels were applied. Results: In the vessels isolated from rectal tumors and Arteria rectalis superior high levels of ROS, NO· and formation of complexes of NO· with FeS-proteins at the sites of electron-transporting chain of mitochondria have been detected. High activities of MMP-2 and MMP-9 in vascular wall were also observed. The direct positive correlation between the rate of NO· generation and formation of complexes of NO·· with FeS-proteins as well as between ROS and NO formation and MMPs activities have been revealed. Conclusion: Altered oxidative equilibrium in mitochondria of cells in vascular wall promotes formation of cell hypoxia and its autocatalytic potentiation accompanied with activation of MMPs.Цель: изучить взаимоотношение между уровнями образования активных форм кислорода (АФК) и оксида азота (ОА) и активности матриксных металлопротеиназ (MMPs) MMP-2 и MMP-9 в сосудах, изолированных из опухолевой ткани прямой кишки, и в Arteria rectalis superior. Методы: ЭПР при комнатной температуре и при 77 °K, технология спиновых ловушек, зимофрафия в полиакриламидном геле. Результаты: в сосудах, изолированных из опухолевой ткани прямой кишки, и в Arteria rectalis superior обнаружены высокие уровни образования АФК, · и комплексов · с FeS-белками в участках цепи митохондрий. Определена также высокая активность MMP-2 и MMP-9 в стенке сосудов, находящихся в опухолевом узле. Обнаружена прямая положительная корреляция между величиной образования · и образованием комплексов · с белками, а также между образованием АФК и NO и активность MMPs. Выводы: измененное окислительное равновесие в митохондриях клеток стенки сосудов, находящихся в опухолевой ткани, усиливает формирование в них клеточной гипоксии, ее аутокаталитическое потенцирование, что сопровождается активацией в этих клетках MMP

O₂·- and NO-associated mechanisms of selective action of redox-active cobalt complexes on tumor tissue

Aim: To study the influence of redox-active cobalt(III) complex with tetradentate Schiff base and nicotinamide as an axial ligand on the rate of superoxide radical-anions generation and levels of NO in tumor and normal tissues of Lewis lung carcinoma bearing mice as well as activity of matrix metalloproteinases 2 and 9 (MMPs) in tumor. Methods: The superoxide radical-anions formation and NO level in tissues were assessed by EPR method with the use of 1-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-oxopiperidin and diethyldithiocarbomate spin traps, respectively. MMPs activities were determined by zymography in polyacrylamide gel. Results: It was observed that the rate of superoxide radical-anions generation was selectively increased in tumor tissue (by a factor of 6–7) accompanied with the decrease of NO level (by a factor of 2) due to tested complex administration. Activities of MMPs in tumor were significantly decreased. Conclusion: It is supposed that the one of mechanisms of detected earlier antimetastatic effect of complex is based on its ability to induce the formation of high level of superoxide radical-anions selectively in the tumor tissue that results in the damage of its regulatory functions, in particular alteration in the regulation of NO-synthase, decrease of NO generation as well as activities of MMPs.Цель: исследовать влияние редокс-активного комплекса кобальта (III) с тетрадентатным основанием Шиффа и никотинамидом в качестве аксиального лиганда на уровень образования супероксидного радикал-аниона и оксида азота в опухолевой и нормальных тканях мышей с карциномой Льюис и установить взаимосвязь этих показателей с активностью ММП-2 и -9 в опухоли. Методы: электронный парамагнитный резонанс при комнатной температуре и температуре жидкого азота (77 °К), технология Spin Traps, зимография в полиакриламидном геле. Результаты: установлено, что под действием комплекса в опухолевой ткани мышей с карциномой Льюис селективно повышается (в 6–7 раз) скорость образования супероксидных радикал-анионов и снижается (в 2 раза) уровень образования радикальных форм оксида азота; при этом значительно снижается активность ММП-2 и -9. Выводы: высказывается предположение, что в основе механизма установленного ранее антиметастатического действия изученного комплекса кобальта лежит его способность селективно создавать сверхвысокие уровни супероксидного радикал-аниона в опухолевой ткани, что приводит к нарушению его регуляторных функций, в частности к изменению регуляции NO-синтаз, снижению продукции NO и активности желатиназ