Влияние ионов металлов на микротрубочки как возможный механизм патогенеза болезни Альцгеймера

The article provides an overview of our own results of comparative study of influence of ions of iron, zinc and aluminium on the structure of microtubules from tubulin and microtubules associated proteins of rat brain with data on the structure of microtubules from tubulin and microtubules associated proteins from the brain of patients with Alzheimer′s disease (AD). A significant decrease in the amount of soluble tubulin was found in the postmortem brain of AD patients in comparison with the control group in the hippocampus, frontal cortex and substantia nigra, but not in the inferior olive. In vitro polymerization of tubulin and microtubules associated proteins from the brain of AD patients and electron micrographs of microtubules were obtained. The assembly of microtubules from brains of AD patients is disrupted, resulting in defective structures. On the other hand, the study of the influence of Al3+, Fe3+, Zn2+ on the microtubules from rat brains tubulin and microtubules associated proteins assembly and structure has shown that all studied metals are able to reduce the amount of microtubules and induce the assembly of anomal structures. According to the degree of the destructive effect on the microtubules and, accordingly, the possible significance in the pathogenesis of Alzheimer disease, metal ions can be arranged in the following sequence Al3+ > Zn2+ > Fe3+. Moreover, phosphorylation of tubulin and microtubules associated proteins in the presence of aluminum ions to the greatest extent reflects the phosphorylation of these proteins at AD. Comparison of data on the structure of microtubules after their assembly from brains of AD patients tubulin and microtubules associated proteins from brains of AD patients, and from the brain of rats, but in the presence of metal ions, confirm the conclusion about the possible role of the metals in the AD etiopathogenesis.Обобщены собственные результаты сравнительного исследования эффектов ионов железа, цинка и алюминия на структуру микротрубочек в процессе их сборки из тубулина и микротубуллоассоциированных белков мозга крысы с данными по изменению структуры микротрубочек в процессе их сборки из тубулина и белков, ассоциированных с микротрубочками (МАР от англ. microtubules associated proteins), мозга больных болезнью Альцгеймера (БА). В мозге больных БА выявлено значительное снижение количества растворимого тубулина, по сравнению с контрольной группой, в гиппокампе, лобной коре и чёрной субстанции, но не в нижней оливе. Отработаны условия, позволившие впервые провести in vitro полимеризацию тубулина и MAP мозга больных БА и получить электронные микрофотографии образовавшихся структур. Показано, что при БА нарушен процесс сборки микротрубочек, в результате чего образуются дефектные структуры. С другой стороны, исследование влияния ионов Al3+, Fe3+, Zn2+ на сборку и структуру микротрубочек из тубулина и MAP мозга крысы показало, что любой из исследованных нами металлов способен снижать количество микротрубочек и вызывать образование аномальных структур. По степени деформирующего воздействия на микротубулярную систему клеток мозга и, соответственно, возможной значимости в патогенезе БА, ионы металлов можно расположить в следующей последовательности Al3+ > Zn2+ > Fe3+. Более того, спектр фосфорилирования тубулина и MAP в присутствии ионов алюминия в наибольшей степени отражает фосфорилирование этих белков при болезни Альцгеймера. Сопоставление данных о нарушениях структуры микротрубочек, наблюдаемых при их сборке из препаратов тубулина и MAP из мозга больных БА, и из мозга крыс, но в присутствии ионов металлов, подтверждают вывод о возможной роли металлов в этиопатогенезе болезни Альцгеймера

Митохондрии как важная мишень при поиске новых препаратов для лечения болезни Альцгеймера и старческих деменций

The review and summarizes own and literature data about the role of mitochondria as the important target in the search for drugs for the treatment of neurodegenerative diseases. Aging is a major risk factor for sporadic forms of various neurodegenerative diseases, including Alzheimer′s disease. One of the most argued and currently accepted theories is the Mitochondrial Free Radical Theory of Aging. Mitochondrial hypotheses of the development of sporadic forms of neurodegenerative diseases particularly Alzheimer′s disease, are closely connected with it. Impairments of mitochondrial functions lead to a decrease in their ability to regulate calcium homeostasis in the cell and to a decrease in the threshold for the induction of mitochondrial permeability transition (MPT) pores. MPT inhibitors can be considered as a promising approach to the treatment of neurodegenerative diseases, since these drugs can not only exhibit the properties of neuroprotectors, but also can provide normalization of synaptic activity due to increased calcium capacity of mitochondria. The review presents data on the number of MPT inhibitors, including endogenous compounds melatonin and N-acetylserotonin, their bioisosteric analogue Dimebon and a number of other compounds. The use of mitochondria as a basis for the formation of screening strategy for the search for compounds for the treatment of neurodegenerative diseases is of particular interest – both as a test of their potential toxicity, and as a basis for the creation of metabolic stimulants and drugs with neuroprotective and cognitive-stimulating effect.Обобщены собственные и литературные данные, обосновывающие роль митохондрий как важнейшей мишени при поиске препаратов для лечения нейродегенеративных заболеваний. Старение является основным фактором риска спорадических форм различных нейродегенеративных заболеваний, в том числе и болезни Альцгеймера (БА). Одной из наиболее аргументированных и принятых в настоящее время является свободнорадикальная митохондриальная теория старения. Именно с ней тесно связаны и митохондриальные гипотезы развития спорадических форм нейродегенеративных заболеваний и, в частности, БА. Нарушение митохондриальных функций приводит к снижению их способности регулировать гомеостаз кальция в клетке и снижению порога для индукции поры митохондриальной проницаемости (МРТ). Ингибиторы МРТ можно рассматривать как перспективный подход к терапии нейродегенеративных заболеваний, так как эти препараты могут не только проявлять свойства нейропротекторов, но и обеспечивать нормализацию синаптической активности благодаря увеличенной кальциевой ёмкости митохондрий. В обзоре представлены данные о ряде ингибиторов МРТ, включая эндогенные соединения – мелатонин, N-ацетилсеротонин, их биоизостерный аналог димебон и ряд других соединений. Использование митохондрий как основы для формирования скрининговой стратегии поиска соединений для лечения нейродегенеративных заболеваний представляет особый интерес и как тестирование их потенциальной токсичности, и как основа для создания метаболических стимуляторов и препаратов, обладающих нейропротекторным и когнитивно-стимулирующим действием

Биоизостерные аналоги коричной кислоты в качестве потенциальных нейропротекторов

Compounds that act on mitochondrial functions are considered as promising drugs for the treatment of neurodegenerative diseases and age-related dementias. As a basis for the creation of such potential drugs, bioisosteric cinnamic acid analogs and polymethoxybenzene derivatives were selected. Derivatives of cinnamic acid have a wide range of biological activities, which can be important for drugs aimed at the treatment of neurodegenerative diseases, in particular Alzheimer′s disease. In this work, the neuroprotective activity of bioisosteric cinnamic acid analogs and polymethoxybenzene derivatives was studied. Among the compounds studied, lead substances 3, 4, and 7 have been identified. These compounds show no intrinsic toxicity and have a neuroprotective effect on the cellular model of neurodegeneration associated with calcium stress. The mechanism of their cytoprotective activity is probably due to the influence on mitochondrial functions, because these compounds effectively suppress the calcium-induced process of mitochondrial permeability jump. In addition, one of the substances investigated (7) has antioxidant properties, showing the ability to inhibit lipid peroxidation (LPO) of rat brain homogenate, which may be an additional mechanism of neuroprotective effect. The data obtained make it possible to recommend the investigated substances as a basis for the creation of effective neuroprotective drugs capable of influencing early stages of the development of neurodegenerative diseases.Соединения, направленно действующие на митохондриальные функции, рассматриваются как перспективные лекарственные препараты для лечения нейродегенеративных заболеваний и возрастных деменций. В качестве основы для создания таких потенциальных лекарственных средств были выбраны биоизостерные аналоги коричной кислоты и производные полиметоксибензолов. Производные коричной кислоты имеют широкий спектр биологических активностей, который может иметь значение для лекарственных препаратов, направленных на лечение нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера. В данной работе исследована нейропротекторная активность биоизостерных аналогов коричной кислоты и производных полиметоксибензолов. Среди исследованных соединений выявлены вещества-лидеры 3, 4 и 7. Эти соединения не проявляют собственной токсичности и оказывают нейропротекторный эффект на клеточной модели нейродегенерации, связанной с кальциевым стрессом. Механизм их цитопротекторной активности, возможно, обусловлен влиянием на функции митохондрий, поскольку эти соединения эффективно подавляют кальций-индуцированный процесс скачка митохондриальной проницаемости. Кроме того, одно из исследованных веществ (7) обладает антиоксидантными свойствами, проявляя способность к ингибированию перекисного окисления липидов (ПОЛ) гомогената мозга крыс, что может быть дополнительным механизмом нейропротекторного эффекта. Полученные данные позволяют рекомендовать исследованные вещества в качестве основы для создания эффективных нейропротекторных препаратов, способных повлиять на ранние стадии развития нейродегенеративных заболеваний

Ru(III) complexes with lonidamine-modified ligands

A series of bifunctional Ru(III) complexes with lonidamine-modified ligands (lonidamine is a selective inhibitor of aerobic glycolysis in cancer cells) was described. Redox properties of Ru(III) complexes were characterized by cyclic voltammetry. An easy reduction suggested a perspective for these agents as their whole mechanism of action seems to be based on activation by metal atom reduction. New compounds demonstrated a more pronounced antiproliferative potency than the parental drug; individual new agents were more cytotoxic than cisplatin. Stability studies showed an increase in the stability of complexes along with the linker length. A similar trend was noted for antiproliferative activity, cellular uptake, apoptosis induction, and thioredoxin reductase inhibition. Finally, at concentrations that did not alter water solubility, the selected new complex evoked no acute toxicity in Balb/c mice. © 2021 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland