Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 1.736
5-Year Impact Factor – 2.135
Index Copernicus  – 168.52
MEiN – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2008, vol. 17, nr 5, September-October, p. 531–537

Publication type: original article

Language: English

A Comparison of the Kinetics of Low−Density Lipoprotein Oxidation Induced by AGEs−Modified Hemoglobin or by Glycohemoglobin

Porównanie kinetyki reakcji utleniania hemoglobiny zmodyfikowanej AGEs lub glikowanej hemoglobiny w obecności LDL

Jolanta Zuwała−Jagiełło1,, Joanna Górka−Dynysiewicz1,

1 Department of Pharmaceutical Biochemistry, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

Abstract

Background. Hb−mediated reactions can be implicated in oxidative stress during diabetes, characterized by inflammatory reactions induced by hemolytic complications. Diabetes is associated with a marked increase in the glycation of numerous proteins, including Hb.
Objectives. The aim of this study was to compare the kinetics of low−density lipoprotein oxidation induced by advanced glycation end product−modified hemoglobin (AGEs−Hb) or by glycohemoglobin (the glycated fraction of hemoglobin, GHb). The effects of pH on LDL peroxidation kinetics were also studied.
Material and Methods. Experiments were performed using human hemoglobin obtained commercially or fresh blood obtained from a blood bank. LDL was selectively precipitated from the plasma by addition of BioMerieux precipitating reagent of an LDL−cholesterol kit and separation by centrifugation. The oxidation of LDL was determined by the formation of conjugated dienes after oxidation with AGEs−Hb or GHb. The end product of lipid peroxidation was estimated from the spectrophotometric measurement of thiobarbituric acid−reactive substance (TBARS) using 1, 1, 3,3−tetra−ethoxypropane as the standard.
Results. Hemoglobin can continue to modify proteins such as LDL oxidatively within the vessel wall. It was shown that at physiological pH, AGEs−Hb is more effective than GHb in promoting LDL oxidation. A comparative study was also carried out of the reactivity of antioxidants in AGEs−Hb equimolar concentrations as inhibitors of LDL peroxidation. The end products of lipid peroxidation were decreased by 10–14% in samples supplemented with the haptoglobin 2−2 and 1−1. The addition of radical scavengers such as butylated hydroxytoluene inhibited oxidation of LDL (99%), indicating that the reaction is mediated by radicals.
Conclusion. These results support the hypothesis that heme released from a damaged AGEs−Hb molecule as well as iron released from heme are plausibly secondary factors creating oxygen radicals and contributing to increased lipid oxidation. In the development of artery atherosclerosis as a complication of diabetes, the cooperation of GHb and AGEs−Hb probably plays an essential role by retaining the oxidative activity of the glycohemoglobin and the AGEs−modified hemoglobin, both bound in a complex with haptoglobin.

Streszczenie

Wprowadzenie. Istnieje współzależność między stresem oksydacyjnym oraz rozwojem zmian miażdżycowych związanych z hemolizą wewnątrznaczyniową w przebiegu cukrzycy. Peroksydacja lipidów lipoprotein o małej gęstości (LDL) jest zwiększona w cukrzycy z powodu hiperglikemii, wzmożonego stresu oksydacyjnego oraz zmniejszenia aktywności mechanizmów przeciwutleniających. We krwi stężenie glikowanej frakcji hemoglobiny (glikohemoglobiny; GHb) lub hemoglobiny zmodyfikowanej późnymi produktami glikacji (AGEs−Hb) zależy od uśrednionego stężenia glukozy w czasie jej trwania w krążeniu oraz od samego stężenia hemoglobiny. Tematem klinicznych poszukiwań jest pytanie, czy krążąca AGEs−Hb może mieć wpływ na ryzyko rozwoju miażdżycy jako powikłania cukrzycy.
Cel pracy. Porównanie charakterystyk aktywności utleniającej GHb i AGEs−Hb w obecności LDL w środowisku kwaśnym i fizjologicznym, w warunkach stresu oksydacyjnego.
Materiał i metody. Do badań użyto komercyjnych preparatów Hb oraz krwi pełnej osób zdrowych lub chorych na cukrzycę. Oceniono kinetykę peroksydacji lipidów LDL w obecności GHb i AGEs−Hb, przyjmując za kryterium oceny stężenie substancji reagujących z kwasem tiobarbiturowym (TBARS) oraz stężenie sprzężonych dienów (metoda fotometryczna) w warunkach zastosowanego pH środowiska.
Wyniki. Reakcje związane z powstawaniem TBARS prowadzone przez 5 godz. w środowisku kwaśnym nie wykazały istotnych różnic w mechanizmie peroksydacji lipidów w obecności AGEs−Hb i GHb. W przypadku pH fizjologicznego AGEs−Hb okazała się bardziej aktywna od GHb w reakcjach utleniania LDL. Hamowanie peroksydacji lipidów LDL w obecności stałego stężenia AGEs−Hb po inkubacji z haptoglobiną 1−1 i 2−2 przebiegało na niskim poziomie, odpowiednio 14 i 10%.
Wnioski. Zmodyfikowana późnymi produktami glikacji hemoglobina jest równie aktywna jak glikohemoglobina jako czynnik inicjujący peroksydację lipidów LDL w środowisku kwaśnym, bardziej aktywna natomiast jest w środowisku fizjologicznym. Zaobserwowano zachowanie aktywności utleniającej GHb i AGEs−Hb związanych w kompleks z haptoglobiną. Uzyskane wyniki pogłębiają wiedzę odnośnie do molekularnego mechanizmu działania GHb i AGEs−Hb w przypadku wczesnych zmian naczyniowych jako powikłania cukrzycy.

Key words

AGEs−modified hemoglobin, low−density lipoprotein, oxidative stress, antioxidants, haptoglobin

Słowa kluczowe

hemoglobina zmodyfikowana późnymi produktami glikacji, lipoproteiny o małej gęstości, stres oksydacyjny, przeciwutleniacze, haptoglobina

References (24)

  1. Ahmed N, Thornalley PJ: Advanced glycation endproducts: what is their relevance to diabetic complications? Diabetes Obes Metab 2007, 9, 233–245.
  2. Gopalkrishnapillai B, Nadanathangam V, Karmakar N, Anand S, Misra A: Evaluation of autofluorescent property of hemoglobin−advanced glycation end product as a long−term glycemic index of diabetes. Diabetes 2003, 52, 1041–1046.
  3. Tsimikas S: Oxidized low−density lipoprotein biomarkers in atherosclerosis. Curr Atheroscler Rep 2006, 8, 55–61.
  4. Paganga G, Rice−Evans C, Andrews B, Leake D: Oxidised low density lipoproteins convert oxyhaemoglobin from ruptured erythrocytes to reactive ferryl forms. Biochem Soc Trans 1992, 20, 331S.
  5. Rice−Evans C, Green E, Paganga G, Cooper C, Wrigglesworth J: Oxidised low density lipoproteins induce iron release from activated myoglobin. FEBS Lett 1993, 326, 177–182.
  6. Miller YI, Shaklai N: Oxidative crosslinking of LDL protein induced by hemin: involvement of tyrosines. Biochem Mol Biol Int 1994, 34, 1121–1129.
  7. Ascenzi P, Bocedi A, Visca P, Altruda F, Tolosano E, Beringhelli T, Fasano M: Hemoglobin and heme scavenging. IUBMB Life 2005, 57, 749–759.
  8. Wassell J: Haptoglobin: function and polymorphism. Clin Lab 2000, 46, 547–552.
  9. Schaer DJ, Schaer CA, Buehler PW, Boykins RA, Schoedon G, Alayash AI, Schaffner A: CD163 is the macrophage scavenger receptor for native and chemically modified hemoglobins in the absence of haptoglobin. Blood 2006, 107, 373–380.
  10. Asleh R, Marsh S, Shilkrut M, Binah O, Guetta J, Lejbkowicz F, Enav B,Shehadeh N, Kanter Y, Lache O, Cohen O, Levy NS, Levy AP: Genetically determined heterogeneity in hemoglobin scavenging and susceptibility to diabetic cardiovascular disease. Circ Res 2003, 92, 1193–1200.
  11. Zuwała−Jagiełło J: Haemoglobin scavenger receptor: function in relation to disease. Acta Biochim Pol 2006, 53, 257–268.
  12. Lowry OH, Roesenbrought NJ, Farr AL, Rondall RJ: Protein measurement with the Folin−phenol reagent. J Biol Chem 1951, 193, 265–275.
  13. Mallia AK, Hermanson GT, Krohn RI, Fujimoto EK, Smith PK: Preparation and use of a boronic acid affinity support for separation and quantitation of glycosylated hemoglobins. Anal Lett 1981, 14, 649–661.
  14. Horiuchi S, Shiga M, Araki N, Takata K, Saitoh M, Morino Y: Evidence against in vivo presence of 2−(2−furoyl)−4(5)−(2furanyl)−1H−imidazole, a major fluorescent advanced end product generated by nonenzymatic glycosylation. J Biol Chem 1988, 263, 18821–18826.
  15. Rice−Evans C, Leake D, Bruckdorfer KR, Diplock AT: Practical approaches to low density lipoprotein oxidation: whys, wherefores and pitfalls. Free Radic Res 1996, 25, 285–311.
  16. Esterbauer H, Gebicki J, Puhl H, Jürgens G: The role of lipid peroxidation and antioxidants in oxidative modification of LDL. Free Radic Biol Med 1992, 13, 341–390.
  17. Cussimanio BL, Booth AA, Todd P, Hudson BG, Khalifah RG: Unusual susceptibility of heme proteins to damage by glucose during non−enzymatic glycation. Biophys Chem 2003, 105, 743–755.
  18. Bedwell S, Dean RT, Jessup W: The action of defined oxygen−centred free radicals on human low−density lipoprotein. Biochem J 1989, 262, 707–712.
  19. Yim MB, Yim HS, Lee C, Kang SO, Chock PB: Protein glycation: creation of catalytic sites for free radical generation. Ann N Y Acad Sci 2001, 928, 48–53.
  20. Lim SK, Ferraro B, Moore K, Halliwell B: Role haptoglobin in free hemoglobin metabolism. Redox Report 2001, 6, 219–227.
  21. Grinshtein N, Bamm VV, Tsemakhovich VA, Shaklai N: Mechanism of low−density lipoprotein oxidation by hemoglobin−derived iron. Biochemistry 2003, 42, 6977–6985.
  22. Ascenzi P, Fasano M: Heme−hemopexin: a ‘chronosteric’ heme−protein. IUBMB Life 2007, 59, 700–708.
  23. Quinlan GJ, Martin GS, Evans TW: Albumin: biochemical properties and therapeutic potential. Hepatology 2005, 41, 1211–1219.
  24. Snyrychová I, Pospísil P, Naus J: The effect of metal chelators on the production of hydroxyl radicals in thylakoids. Photosynth Res 2006, 83, 23–29.
© Wroclaw Medical University