Synthesis of L-selenocystin, N,N'-diacetyl-L-selenocystin and their investigation as antioxidants and glutathione peroxidase mimics

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Introduction. Cysteine and its derivatives have unique biological functions; acetylcysteine and carbocysteine are registered and marketed drugs. Selenium cysteine derivatives have to be a great challenge due to their vital role in natural redox catalysis and their use in dietary supplements. The adequate space for chemical modification creates a complex interests to manipulate their properties for pharmacological and nutritional purposes.

The aim of this study was to synthesize and investigate the antioxidant and glutathione peroxidase mimic properties of L-selenocystine and N,N'-diacetyl-L-selenocystine.

Material and Methods. Chemical synthesis of selenocystine from serine, acetylation of the amino group of selenocystine, to get acetylselenocystine. Coulometric assays of the antioxidant capacity and activity of cysteine and its derivatives. The reduction reactions of the diselenide with mercaptoethanol and N-acetylcysteine were studied spectrophotometrically. The glutathione peroxidase mimic properties of L-selenocysteine were modeled by bromine oxidation and sodium borohydride reduction.

Results. Sulfur-containing antioxidants have higher antioxidant capacity than selenium-containing. The antioxidant capacity in acidic solutions decreases in the following order: Cystine > L-selenocystine > N-acetylcysteine > N,N'-diacetyl-L-selenocystine > Methionine. An experimental coulometric conditions were developed for antioxidant activity assays. The antioxidant activity of N-acetylcysteine was higher than that of N,N'-diacetyl-L-selenocystine. Diselenide exhibits the glutathione peroxidase mimic properties: 1) accelerates the thiol oxidation and 2) is capable for reversible oxidation. In the red-ox model of selenocystine bromine oxidation and sodium borohydride reduction the 93% of substance were regenerated.

Conclusions. Diselenide bond of selenocysteine can be used as a chromophore for the spectrophotometric assays. N-acetylcysteine is weaker reductant for the diselenide bond than mercaptoethanol.

Авторлар туралы

P. Poluboyarinov

Penza State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: poluboyarinovpavel@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9870-0272
SPIN-код: 1855-6069

Ph.D. (Agric.), Associate Professor, Department of General and Clinical Pharmacology

Ресей, 40 Krasnaya St., Penza, 440026

I. Moiseeva

Penza State University

Email: moiseeva_pharm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1168-2871
SPIN-код: 9607-0306

Dr.Sc. (Med.), Professor, Department of General and Clinical Pharmacology

Ресей, 40 Krasnaya St., Penza, 440026

A. Mitishev

Penza State University

Email: smitishev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3327-9744
SPIN-код: 2831-1792

Senior Lecturer, Department of General and Clinical Pharmacology

Ресей, 40 Krasnaya St., Penza, 440026

V. Pogodina

Penza State University

Email: lerapogodina75@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-2504-3130

Student, Department of General and Clinical Pharmacology

Ресей, 40 Krasnaya St., Penza, 440026

D. Elistratov

“Parapharm” LLC

Email: info@parafarm.ru
ORCID iD: 0000-0001-7809-480X
SPIN-код: 2376-9670

General Director

Ресей, 116-a Kalinina St., Penza, 440033

A. Kuznetsova

Penza State University

Email: kuznetanna1@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5180-6790
SPIN-код: 4714-6602

Ph.D. (Chem.), Associate Professor, Department of General and Clinical Pharmacology

Ресей, 40 Krasnaya St., Penza, 440026

Әдебиет тізімі

  1. Kang S.C., Sohn E.H., Lee S.R. Hydrogen sulfide as a potential alternative for the treatment of myocardial fibrosis. Oxidative medicine and cellular longevity. 2020; 1: 1–14. doi: 10.1155/2020/4105382.
  2. Fisenko V.P. On the pharmacological properties and use of acetylcysteine. "Vrach" special issue. 2007; 4: 1–16. (In Russ.).
  3. Tran C.D., Kritas S., Campbell M.A. et al. Novel combination therapy for the eradication of Helicobacter pylori infection in a mouse model. Scandinavian journal of gastroenterology. 2010; 45(12): 1424–1430. doi: 10.14309/ajg.0000000000002600.
  4. Parry M.F., Neu H.C. Effect of N-acetylcysteine on antibiotic activity and bacterial growth in vitro. Journal of Clinical Microbiology. 1977; 5(1): 58–61.
  5. Quah S.Y., Wu S., Lui J.N. et al. N-acetylcysteine inhibits growth and eradicates biofilm of Enterococcus faecalis. Journal of endodontics. 2012; 38(1): 81–85. doi: 10.1016/j.joen.2011.10.004.
  6. Pinna A., Sechi L.A., Zanetti S. et al. Detection of virulence factors in a corneal isolate of Klebsiella pneumoniae. Ophthalmology. 2005; 112(5): 883–887. doi: 10.1016/j.ophtha.2004.12.024.
  7. Delneste Y., Jeannin P., Potier L. et al. N-acetyl-L-cysteine exhibits antitumoral activity by increasing tumor necrosis factor a-dependent t-cell cytotoxicity. Blood, The Journal of the American Society of Hematology. 1997; 90(3): 1124–1132.
  8. Cheng G., Hardy M., Kalyanaraman B. Antiproliferative effects of mitochondria-targeted N-acetylcysteine and analogs in cancer cells. Scientific Reports. 2023; 13(1): 7254. doi: 10.1038/s41598-023-34266-w.
  9. Wågberg M., Jansson A.H., Westerlund C. et al. N,N'-diacetyl-L-cystine (DiNAC), the disulphide dimer of N-acetylcysteine, inhibits atherosclerosis in WHHL rabbits: evidence for immunomodulatory agents as a new approach to prevent atherosclerosis. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 2001; 299(1): 76–82.
  10. Ren X., Zou L., Lu J. et al. Selenocysteine in mammalian thioredoxin reductase and application of ebselen as a therapeutic. Free Radical Biology and Medicine. 2018; 127: 238–247. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.05.081.
  11. Pei J., Pan X., Wei G.et al. Research progress of glutathione peroxidase family (GPX) in redoxidation. Frontiers in pharmacology. 2023; 14: 1147414. doi: 10.3389/fphar.2023.1147414.
  12. Shahidin W.Y., Wu Y., Chen T. et al. Selenium and Selenoproteins: Mechanisms, Health Functions, and Emerging Applications. Molecules 2025; 30: 437. doi: 10.3390/molecules30030437.
  13. Back T.G., Moussa Z. Mimetics of the Selenoenzyme Glutathione Peroxidase: Novel Structures and Unusual Catalytic Mechanisms. Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements. 2005; 180(3–4):7 67–776. doi: 10.1080/10426500590906238.
  14. Poluboyarinov P.A., Golubkina N.A., Aniskov A.A. i dr. Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2019; 45(4): 365–373. (In Russ.).
  15. Spezia R., Tournois G., Cartailler T. et al. Co2+ binding cysteine and selenocysteine: a DFT study. The Journal of Physical Chemistry A. 2006; 110(31): 9727–9735. doi: 10.1021/jp0614998.
  16. Poluboyarinov P.A. Biofortification of Astragalus woolly-flowered (Astragalus dasyanthus Pall.) plants with the amino acid L-selenocysteine. Problems of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2019; 22(12): 64. (In Russ.).
  17. Poluboyarinov P.A., Moiseeva I.Ya., Mikulyak N.I. et al. A new synthesis of enantiomers of cystine and selenocystine and their derivatives. ChemChemTech. 2022; 65(2): 19–29. (In Russ.). doi: 10.6060/ivkkt.20226502.646.
  18. Lapin A.A., MVI-001-44538054-07. Summarnaya antioksidantnaya aktivnost'. Metodika vypolneniya izmerenii na kulonometricheskom analizatore (MVI-001-44538054-07. Total Antioxidant Activity. Methods of Measurement on a Coulometric Analyzer). Zherdevka: OOO Kontsern Otechestvennye innovatsionnye tekhnologii, 2011. (In Russ).
  19. Levine M., Conry-Cantilena C., Wang Y. et al. Vitamin C pharmacokinetics in healthy volunteers: evidence for a recommended dietary allowance. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1996; 93(8): 3704–3709. doi: 10.1073/pnas.93.8.3704.
  20. Hondal R.J., Marino S.M., Gladyshev V.N. Selenocysteine in thiol/disulfide-like exchange reactions. Antioxidants & redox signaling. 2013; 18(13): 1675–1689. doi: 10.1089/ars.2012.5013.
  21. Hassan W., Rocha J.B. Interaction profile of diphenyl diselenide with pharmacologically significant thiols. Molecules. 2012; 17(10): 12287–12296. doi: 10.3390/molecules171012287.
  22. Ziyatdinova G.K., L.V. Grigor'eva, Budnikov G.K. Journal of Analytical Chemistry. 2007; 62(12): 1304–1308. (In Russ.).
  23. Vogel A.I. Elementary practical organic chemistry. Part 3. Quantitative organic analysis 2nd edition, Longman group ltd. London, 1975, 840 p.
  24. Paul B.D., Sbodio J.I., Snyder S.H. Cysteine metabolism in neuronal redox homeostasis. Trends in pharmacological sciences. 2018; 39: 513–524. doi: 10.1016/j.tips.2018.02.007.
  25. Bai Y., Wang T., LiuY. et al. Electrochemical oxidation of selenocystine and selenomethionine. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2009; 74: 150–153. doi: 10.1016/j.colsurfb.2009.07.010.
  26. Fujisawa S., Kadoma Y. Kinetic studies of the radical-scavenging activity of ebselen, a seleno-organic compound. Anticancer Research. 2005; 25: 3989–3994.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

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».