Калікс[4]арени С-715 та С-772 як інструменти впливу на транспорт Са2+ та біоенергетику мітохондрій гладенького м‘язу матки щурів - Форись Ілля Сергійович (My University, 2024)
У роботі досліджується вплив макроциклічних сполук – калікс[4]аренів С-715 (5,17-ди(трифторо)ацетамідо-11,23-ди-трет-бутил-26,28-дигідроксі-25,27-дипропоксикалікс[4]арен) та С-772 (5,11-ди(трифторометил (фенілсульфоніліміно)метиламіно-17,23-ди-трет-бутил-25,26-дипропокси-27,28-дигідроксикалікс[4]арен) на функціональну активність та біоенергетику ізольованих мітохондрій гладенького м‘язу матки щурів. З‘ясовано вплив досліджуваних сполук на фундаментальні показники функціонування мітохондрій, такі як гідродинамічний діаметр органел, ефективність роботи Са2+-транспортувальних систем та Са2+-залежних процесів, серед яких, зокрема, функціонування електрон-транспортувального ланцюга та генерація активних форм кисню. По верхньому вінцю макроциклу калікс[4]арен С-715 модифікований двома дистально розміщеними трифторацетамідними групами, в той час як С-772 – двома проксимально розміщеними фенілсульфонілімінними замісниками. В оглядовій частині роботи представлено сучасний стан знань про застосування калікс[4]аренів, а також структурно-функціональні особливості мітохондрій: біоенергетичні процеси, генерацію активних форм кисню та системи транспорту іонів Са через внутрішню мембрану органел. Встановлено, що калікс[4]арени С-715 і С-772 мають власну флуоресценцію, здатні проникати в міоцити міометрія та взаємодіяти з ізольованими мітохондріями гладенького м‘язу матки, помірно збільшуючи гідродинамічний діаметр органел, проте не викликаючи мітохондрійну дисфункцію. Результати роботи свідчать про те, що досліджувані сполуки зумовлюють гальмування окислення NADH та енергозалежної акумуляції Са2+ ізольованими мітохондріями, не впливаючи при цьому на ΔрН-залежний вихід катіону з органел. Ми припускаємо, що вплив сполук на функціональну активність дихального ланцюна може бути пов‘язаний з пригніченням активності комплексу І, внаслідок чого також відбувається зниження електрохімічного потенціалу мітохондрійної мембрани, що й супроводжується помірним зростанням гідродинамічного діаметра органел. У той же час, зменшення потенціалу може призводити до зниження акумуляції іонів Са матриксом та інтенсивності перебігу Са2+-залежних процесів в мітохондріях, серед яких, в тому числі, продукція активних форм кисню. Ми показали, що досліджувані калікс[4]арени залежно від концентрації та часу зумовлюють зниження рівня генерації активних форм кисню ізольованими мітохондріями. Це може розглядатися як протекторна дія стосовно органел. Виходячи з попередніх результатів, ми припускаємо, що гальмування окислення NADH у комплексі І електрон-транспортувального ланцюга лежить в основі цього ефекту. Калікс[4]арени С-715 і С-772 у мікромолярних концентраціях можуть бути використані як ефективний засіб впливу на структурно-функціональну активність мітохондрій.

The study describes the influence of macrocyclic compounds – calix[4]arenes C-715 (5,17-di(trifluoro)acetamido-11,23-di-tert-butyl-26,28-dihydroxy-25,27-dipropoxycalix[4]arene) and C-772 (5,11-di(trifluoromethyl(phenylsulfonylimino) methylamino-17,23-di-tert-butyl-25,26-dipropoxy-27,28-dihydroxycalix[4]arene) on functional activity and bioenergetics of isolated mitochondria of rat uterine smooth muscle. The studied compounds' influence on the fundamental mitochondrial functioning indicators was clarified, such as the organelles' hydrodynamic diameter, the Ca2+-transport systems efficiency, Ca2+-dependent processes, including the electron transport chain functioning and reactive oxygen species generation. On the upper ring of the macrocycle, calix[4]arene C-715 is modified by two distally placed trifluoroacetamide groups, while C-772 is modified by two proximally placed phenylsulfonylimine substituents. The review part of the work presents the current state of knowledge on the use of calix[4]arenes, as well as the structural and functional mitochondria features: bioenergetic processes, generation of reactive oxygen species, Ca ions transport systems through the inner membrane of organelles. It was found that calix[4]arenes C-715 and C-772 have their own fluorescence, and are able to permeate into myometrial myocytes and interact with isolated mitochondria of uterine smooth muscle, moderately increasing the organelles' hydrodynamic diameter without causing mitochondrial dysfunction. The work results indicate that the studied compounds slow down the NADH oxidation and the process of energy-dependent Ca2+ accumulation by isolated mitochondria, without affecting the ΔpH-dependent cation release from the organelles. We assume that the compounds' effect on the electron transport chain functional activity may be associated with complex I activity inhibition. As a result, a decrease in the mitochondrial membrane electrochemical potential occurs, which is accompanied by the organelles' hydrodynamic diameter moderate increase. At the same time, such decrease in potential can lead to a reduction of Ca ions accumulation by the matrix and the intensity of Ca2+-dependent processes in mitochondria, including the production of reactive oxygen species. We showed that the studied calix[4]arenes, depending on concentration and time, reduce the level of reactive oxygen species generation by isolated mitochondria. This can be considered as a protective effect on organelles. Based on previous results, we assume that slowing down of the NADH oxidation in the electron transport chain complex I is the reason for this effect. Calix[4]arenes C-715 and C-772 in micromolar concentrations can be used as an effective instruments for influencing the structural and functional activity of mitochondria.
Calix[4]arenes C-715 and C-772 as instruments of influence on Ca2+ transport and bioenergetics in mitochondria of rat uterine smooth muscle
Keywords: калікс[4]арен; Ca2+; біоенергетика; мітохондрії; міометрій; активні форми кисню; calix[4]arene; bioenergetics; mitochondria; myometrium; reactive oxygen species