Assessment of the Effect of Ascorbic, Malic and Succinic Acids on Radiation-Induced Oxidative Stress in A549 Cells

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Relevance: For modern radiobiology, the problem of finding pharmacological protection against radiation damage remains urgent. Interest in this topic does not weaken due to the high chemical toxicity of all generally recognized radioprotectors. One of the most studied drugs in this regard are substances with antioxidant activity, which is due to the ability of antioxidants to inhibit the processes of oxidative stress.

Purpose: The effect of malic, succinic and ascorbic acids on radiation-induced oxidative stress in the culture of human lung adenocarcinoma cells of the A549 line.

Material and methods: In the course of the work, the effect of solutions of malic, ascorbic and succinic acids in concentrations of 0.1, 0.5, 1 and 2 mM on the intensity of radiation-induced oxidant stress in the adsorption culture of cells of the A549 line was studied. Oxidative stress was induced by X-ray radiation at a dose of 8 Gy. The level of reactive oxygen species was estimated based on the ratio of the fluorescence intensity of the dye dichlorofluorescein to that of the dye Hoechst-33342.

Results: Under the influence of the studied substances, a statistically significant decrease in the content of reactive oxygen species in the cells was observed. The most pronounced effect is observed in samples treated with succinic acid. In non-irradiated samples in the presence of ascorbic and malic acids at a concentration of the studied substances of 100 mM, a statistically significant increase in the intensity of fluorescence is observed, which can be explained by the reduction of intracellular trivalent iron to Fe2+ under the action of these substances, which contributed to the Fenton reaction.

Conclusions: Based on the results obtained during this study, it can be assumed that malic acid, ascorbic acid and, in particular, succinic acid have some radioprotective properties. However, additional studies on other model systems, including various cell lines, are needed to confirm the presence of these properties. The results of the presented work make it possible in the future to begin the development of therapeutic schemes to alleviate the effects of radiation using the studied substances.

About the authors

L. A. Romodin

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: rla2904@mail.ru
Moscow

А. А. Moskovskij

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: rla2904@mail.ru
Moscow

References

  1. Rozhdestvenskiy L.M. Difficulties in Radiation Counter Measure Preparations Development in Russiain Crysis Period: Actual Approaches Searching. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2020;60;3:279–290 (In Russ.). doi: 10.31857/S086980312003011X
  2. Singh V.K., Seed T.M. The Efficacy and Safety of Amifostine for the Acute Radiation Syndrome. Expert Opinion On Drug Safety. 2019;18;11:1077–1090. doi: 10.1080/14740338.2019.1666104
  3. Vasin M.V. The Classification of Radiation Protective Agents as the Reflection of the Present State and Development Perspective of Current Radiation Pharmacology. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2013;53;5:459–467 (In Russ.). doi: 10.7868/S0869803113050160.
  4. Burlakova E.B., Atkarskaya M.V., Fatkullina L.D., Andreev S.G. Radiation-Induсed Changes in Structural State of Membranes of Human Blood Cells. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2014;54;2:162–168 (In Russ.). doi: 10.7868/S0869803114020040.
  5. Kuzin A.M. Strukturno-Metabolicheskaya Teoriya v Radiobiologii = Structural and Metabolic Theory in Radiobiology. Moscow, Nauka Publ., 1986. 282 p. (In Russ.).
  6. Raj S., Manchanda R., Bhandari M., Alam M.S. Review on Natural Bioactive Products as Radioprotective Therapeutics: Present and Past Perspective. Current Pharmaceutical Biotechnology. 2022;23;14:1721–1738. doi: 10.2174/1389201023666220110104645
  7. Gonzalez E., Cruces M.P., Pimentel E., Sanchez P. Evidence that the Radioprotector Effect of Ascorbic Acid Depends on the Radiation Dose Rate. Environmental Toxicology And Pharmacology. 2018;62:210–214. doi: 10.1016/j.etap.2018.07.015
  8. Zhuravlov A.I., Zubkova S.M. Antioksidanty. Svobodnoradikal’naya Patologiya, Starenie = Free Radical Pathology, Aging. Moscow, Belye Al’vy Publ., 2014. 304 p. (In Russ.).
  9. Vladimirov Yu.A., Archakov A.I. Perekisnoe Okislenie Lipidov v Biologicheskih Membranah = Lipid Peroxidation in Biological Membranes. Moscow, Nauka Publ., 1972. 252 p. (In Russ.).
  10. Mousavi A., Pourakbar, L., Siavash Moghaddam, S. Effects of Malic Acid and EDTA on Oxidative Stress and Antioxidant Enzymes of Okra (Abelmoschus Esculentus L.) Exposed to Cadmium Stress. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2022;248:114320. doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.114320
  11. Zeng X., Wu J., Wu Q., Zhang J. L-Malate Enhances the Gene Expression of Carried Proteins and Antioxidant Enzymes in Liver of Aged Rats. Physiological Research. 2015;64;1:71–78. doi: 10.33549/physiolres.932739
  12. Wegrzyn A.B., Stolle S., Rienksma R.A., Martins Dos Santos V.A.P., Bakker B.M., Suarez-Diez M. Cofactors Revisited – Predicting the Impact of Flavoprotein-Related Diseases on a Genome Scale. Biochimica et Biophysica Acta. Molecular Basis of Disease. 2019;1865;2:360–370. doi: 10.1016/j.bbadis.2018.10.021
  13. Domingo J.L., Gomez M., Llobet J.M., Corbella J. Chelating Agents in the Treatment of Acute Vanadyl Sulphate Intoxication in Mice. Toxicology. 1990;62;2:203–211. doi: 10.1016/0300-483x(90)90110-3
  14. Silant’yeva T.A. Multifactorial Effect of Ascorbic Acid on the Process of Reparative Osteogene. Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education. 2023;4:157 (In Russ.). doi: 10.17513/spno.32901
  15. Kim J., Stolarski A., Zhang Q., Wee K., Remick D. Hydrocortisone, Ascorbic Acid, and Thiamine Therapy Decreace Renal Oxidative Stress and Acute Kidney Injury in Murine Sepsis. Shock. 2022;58;5:426–433. doi: 10.1097/SHK.0000000000001995
  16. Spoelstra-de Man A.M.E., Elbers P.W.G., Oudemans-Van Straaten H.M. Vitamin C: Should we Supplement? Current Opinion in Critical Care. 2018;24;4:248–255. doi: 10.1097/MCC.0000000000000510
  17. Zakirova G.Sh., Ishmukhametov K.T., Saitov V.R., Kadikov I.R. The Effectiveness of the Use of Fumaric and Succinic Acids Salts in Combined Lesions of Rabbits. Vestnik Mariyskogo Gosudarstvennogo Universiteta = Vestnik of the Mari State University. 2022;8;3:256–263. (In Russ.). doi: 10.30914/2411-9687-2022-8-3-256-263
  18. Zarubina I.V., Lukk M.V., Shabanov P.D. Antihypoxic and Antioxidant Effects of Exogenous Succinic Acid and Aminothiol Succinate-Containing Antihypoxants. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2012;153;3:336–339. doi: 10.1007/s10517-012-1709-5
  19. Moroz N.E. Biokhimiya: Formuly, Tablitsy, Skhemy = Biochemistry: Formulas, Tables, Diagrams. Kaliningrad, Baltiyskiy Federal’nyy Universitet imeni Imanuila Kanta Publ., 2023. 155 p. (In Russ.).
  20. Markova E.O., Novikov V.E., Parfenov E.A., Pozhilova E.V. Complex Compound of Ascorbic Acid with Antioxidant and Antihypoxanth. Vestnik Smolenskoy Gosudarstvennoy Meditsinskoy Akademii = Bulletin of the Smolensk State Medical Academy. 2013;12;1:27–32 (In Russ.).
  21. Frei B., England, L., Ames, B. N. Ascorbate is an Outstanding Antioxidant in Human Blood Plasma. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1989;86;16:6377–6381. doi: 10.1073/pnas.86.16.6377
  22. Tian J., Peehl Donna M., Knox Susan J. Metalloporphyrin Synergizes with Ascorbic Acid to Inhibit Cancer Cell Growth Through Fenton Chemistry. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals. 2010;25;4:439–448. doi: 10.1089/cbr.2009.0756
  23. Ivanova I.P., Trofimova S.V., Piskarev I.M. Fenton’s Reaction Induced Chemiluminescence is Mathmatical Modeling of the Process; Characteristics, Parameters and Application Conditions for Biomedical Studies. Sovremennyye Tekhnologii v Meditsine = Modern Technologies In Medicine. 2014;6;4:14–25 (In Russ.).
  24. Lukatkin A.S., Yeshkina S.V., Osmolovskaya N.G. Influence of Exogenous Antioxidants on the Generation of Superoxide Anion-Radicals in the Cucumber Leaves Under Low Temperature and Cu2+Stress. Vestnik Sankt-Peterburgskogo Universiteta. Seriya 3. Biologiya = Bulletin of St. Petersburg University. Series 3. Biology. 2013;4;65–73 (In Russ.).
  25. Sharova E.I., Medvedev S.S., Demidchik V.V. Ascorbate in the Apoplast: Metabolism and Functions. Fiziologiya Rasteniy = Russian Journal of Plant Physiology. 2020;67;2:115–129 (In Russ.). doi: 10.1134/S1021443720020156
  26. Green M., Fry S. Apoplastic Degradation of Ascorbate: Novel Enzymes and Metabolites Permeating the Plant Cell Wall. Plant Biosystems – an International Journal Dealing with all Aspects of Plant Biology. 2005;139;1:2–7. doi: 10.1080/11263500500056849
  27. Zhang S., Chen H., He D., He X., Yan Y., Wu K., Wei H. Effects of Exogenous Organic Acids on Cd Tolerance Mechanism of Salix variegata Franch. Under Cd Stress. Frontiers in Plant Science. 2020;11:594352. doi: 10.3389/fpls.2020.594352
  28. Chen M., Zhao Y., Li S., Chang Z., Liu H., Zhang D., Wang S., Zhang X., Wang J. Maternal Malic Acid May Ameliorate Oxidative Stress and Inflammation in Sows through Modulating Gut Microbiota and Host Metabolic Profiles during Late Pregnancy. Antioxidants & Redox Signaling. 2024;13;2:253. doi: 10.3390/antiox13020253

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».