sibmedСибирский научный медицинский журналСибирский научный медицинский журнал2410-25122410-2520ИЦиГ СО РАН10.18699/SSMJ20220502sibmed-880Research ArticleМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOMEDICINEТоксичность нового монофенольного синтетического индуктора редокс-чувствительной сигнальной системы Keap1/Nrf2/ARE in vitro и in vivoToxicity of new monophenolic synthetic activator of Keap1/Nrf2/ARE redox-sensitive signaling system in vitro and in vivohttps://orcid.org/0000-0003-3397-8067ХраповаМ. В.KhrapovaM. V.

Марина Валерьевна Храпова, к.б.н.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Marina V. Khrapova, candidate of biological sciences

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

khrapova@centercem.ruХраповC. Е.KhrapovS. E.

Семён Евгеньевич Храпов

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Semen E. Khrapov

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

semen.hrapov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0238-4533ЧечушковА. В.ChechushkovA. V.

Антон Владимирович Чечушков, к.м.н.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Anton V. Chechushkov, candidate of medical sciences

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

achechushkov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9989-9778КожинП. М.KozhinP. M.

Пётр Михайлович Кожин, к.м.н.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Peter M. Kozhin, candidate of medical sciences

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

kozhinpm@gmail.comРомахЛ. П.RomakhL. P.

Лидия Петровна Ромах

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Lidia P. Romakh

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

lpromakh@centercem.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5817-6055СерыхА. Е.SerykhA. E.

Анастасия Евгеньевна Серых

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Anastasia E. Serykh

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

rasiel1996@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6343-0460ХольшинС. В.KholshinS. V.

Сергей Викторович Хольшин

630126, г. Новосибирск, ул. Вилюйская, 28

Sergey V. Kholshin

630126, Novosibirsk, Vilyuiskaya str., 28 

s.kholshin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6022-934XКандалинцеваН. В.KandalintsevaN. V.

Наталья Валерьевна Кандалинцева, д.х.н.

630126, г. Новосибирск, ул. Вилюйская, 28

Natalya V. Kandalintseva, doctor of chemical sciences

630126, Novosibirsk, Vilyuiskaya str., 28 

aquaphenol@ngs.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2367-0114МеньщиковаЕ. Б.MenshchikovaE. B.

Елена Брониславовна Меньщикова, д.м.н.

630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2

Elena B. Menshchikova, doctor of medical sciences

630117, Novosibirsk, Timakov str., 2

lemen@centercem.ruФИЦ фундаментальной и трансляционной медициныРоссияFederal Research Center of Fundamental and Translational MedicineRussian FederationНовосибирский государственный педагогический университетРоссияNovosibirsk State Pedagogical UniversityRussian Federation2022271020224251118Copyright © Храпова М.В., Храпов C.Е., Чечушков А.В., Кожин П.М., Ромах Л.П., Серых А.Е., Хольшин С.В., Кандалинцева Н.В., Меньщикова Е.Б., 20222022Храпова М.В., Храпов C.Е., Чечушков А.В., Кожин П.М., Ромах Л.П., Серых А.Е., Хольшин С.В., Кандалинцева Н.В., Меньщикова Е.Б.Khrapova M.V., Khrapov S.E., Chechushkov A.V., Kozhin P.M., Romakh L.P., Serykh A.E., Kholshin S.V., Kandalintseva N.V., Menshchikova E.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibmed.elpub.ru/jour/article/view/880

Одним из перспективных направлений современной фармакологии является разработка «непрямых антиоксидантов», способных активировать редокс-чувствительные сигнальные системы, прежде всего систему Keap1/ Nrf2/ARE. К числу ее химических индукторов относится разрабатываемый нами гидрофильный монозамещенный монофенол (3’-трет-бутил-4’-гидроксифенил)пропилтиосульфонат натрия (ТС-13). Целью настоящего исследования послужило изучение антипролиферативной активности ТС-13 в отношении опухолевых клеток линии BT-474 in vitro и острой пероральной токсичности для мышей in vivo. Материал и методы. Определяли зависимость между концентрацией ТС-13 и пролиферативной активностью клеток линии протоковой карциномы молочной железы человека BT-474 в MTT-тесте с вычислением IC<sub>50</sub>, сравнивали с полученными ранее значениями для линии MCF-7 и сопоставляли с функциональными свойствами клеток на основе уровня экспрессии генов (in silico анализ GSEA). Острую токсичность in vivo исследовали на 50 самках мышей линии C57Bl/6y, которым per os с помощью внутрижелудочного зонда вводили раствор ТС-13 в дистиллированной воде в разных дозах. Сравнивали полученную экспериментально LD<sub>50</sub> и предсказанную in silico с помощью веб-сервиса GUSAR. Результаты и их обсуждение. Величина IC<sub>50</sub> ТС-13 для клеток линии BT-474, вычисленная из уравнения экспоненциальной аппроксимации, составила 59,5 мкМ – в 2,2 раза меньше, чем полученная ранее для клеток MCF-7. Возможно, это обусловлено функциональными различиями линий BT-474 и MCF-7, о чем свидетельствуют результаты анализа GSEA. Установленная в эксперименте in vivo величина LD<sub>50</sub> составила 936 мг/кг массы тела мышей, полученное значение удовлетворительно соответствует предсказанной in silico (561 мг/кг), хотя в действительности соединение оказалось несколько менее токсичным, чем можно было ожидать исходя из его структуры. Заключение. Исследование острой токсичности нового водорастворимого монофенола ТС-13 позволяет отнести его к 4-му классу опасности по шкале Ходжа – Стернера (слаботоксичные соединения) или к 3-му классу опасности согласно ГОСТ 12.1.007-76 (вещества умеренно опасные).

One of the promising areas of modern pharmacology is the development of «indirect antioxidants» capable of activating redox-sensitive signaling systems, primarily the Keap1/Nrf2/ARE system. Among its chemical inductors is the hydrophilic monosubstituted monophenol (3’-tert-butyl-4’-hydroxyphenyl)sodium propylthiosulfonate (TS-13) in development. The aim of the study was to investigate TS-13 antiproliferative activity against tumor cell line BT-474 in vitro and acute oral toxicity in mice in vivo. Material and methods. The relationship between TS-13 concentration and proliferative activity of human breast ductal carcinoma cell line BT-474 was determined using the MTT test, the IC<sub>50</sub> was calculated and compared to the previously obtained for MCF-7 line; results were correlated with the functional properties of cells based on gene expression (in silico GSEA). In vivo acute toxicity was studied in 50 female C57Bl/6J mice, who received a TS-13 solution in distilled water at various doses by intragastric gavage. LD<sub>50</sub> obtained experimentally and predicted in silico using the GUSAR web service were compared. Results and discussion. TS-13 inhibited the proliferation of BT-474 cells in a concentration-dependent manner (exponential approximation, IC<sub>50</sub> = 59.5 μM) and was 2.2 times more toxic than for MCF-7 cells. This may be due to functional differences between the BT-474 and MCF-7 lines, as evidenced by the GSEA results. The LD<sub>50</sub> value established in the in vivo experiment was 936 mg/kg body weight, the obtained value satisfactorily corresponds to the predicted in silico (561 mg/kg), although in reality the compound turned out to be somewhat less toxic than could be expected based on its structure. Conclusions. A study of the acute toxicity of the new water-soluble monophenol TC-13 allows the classification of it as slightly toxic (toxicity rating level 4) according to the Hodge – Sterner scale) or as moderately hazardous (hazard class 3) according to GOST 12.1.007-76.

острая токсичностьпролиферативная активностьLD50IC50ТС-13мышилиния BT474сигнальная система Keap1/Nrf2/AREacute toxicityproliferative activityLD50IC50TS-13miceBT-474 lineKeap1/Nrf2/ARE signaling systemРабота выполнена с использованием оборудования ЦКП «Современные оптические системы» и «Протеомный анализ», поддержанного финансированием Минобрнауки России (соглашение № 075-15- 2021-691).The work was performed using the equipment of the Center for Collective Use «Modern Optical Systems» and «Proteomic Analysis», supported by funding from the Russian Ministry of Education and Science (agreement No. 075-15-2021-691).ReferencesHajam Y.A., Rani R., Ganie S.Y., Sheikh T.A., Javaid D., Qadri S.S., Pramodh S., Alsulimani A., Alkhanani M.F., Harakeh S., Hussain A., Haque S., Reshi M.S. Oxidative stress in human pathology and aging: Molecular mechanisms and perspectives. Cells. 2022;11(3):552. doi: 10.3390/cells11030552Hajam Y.A., Rani R., Ganie S.Y., Sheikh T.A., Javaid D., Qadri S.S., Pramodh S., Alsulimani A., Alkhanani M.F., Harakeh S., Hussain A., Haque S., Reshi M.S. Oxidative stress in human pathology and aging: Molecular mechanisms and perspectives. Cells. 2022;11(3):552. doi: 10.3390/cells11030552Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Новая волна, 2012. 1216 с.Mashkovsky M.D. Medicines. Moscow: Novaya volna, 2012. 1216 p.Zhou G., Meng S., Li Y., Ghebre Y.T., Cooke J.P. Optimal ROS signaling is critical for nuclear reprogramming. Cell Rep. 2016;15(5):919–925. doi: 10.1016/j.celrep.2016.03.084Zhou G., Meng S., Li Y., Ghebre Y.T., Cooke J.P. Optimal ROS signaling is critical for nuclear reprogramming. Cell Rep. 2016;15(5):919–925. doi: 10.1016/j.celrep.2016.03.084Cuadrado A., Rojo A.I., Wells G., Hayes J.D., Cousin S.P., Rumsey W.L., Attucks O.C., Franklin S., Levonen A.L., Kensler T.W., Dinkova-Kostova A.T. Therapeutic targeting of the NRF2 and KEAP1 partnership in chronic diseases. Nat. Rev. Drug Discov. 2019;18(4):295–317. doi: 10.1038/s41573-018-0008-xCuadrado A., Rojo A.I., Wells G., Hayes J.D., Cousin S.P., Rumsey W.L., Attucks O.C., Franklin S., Levonen A.L., Kensler T.W., Dinkova-Kostova A.T. Therapeutic targeting of the NRF2 and KEAP1 partnership in chronic diseases. Nat. Rev. Drug Discov. 2019;18(4):295–317. doi: 10.1038/s41573-018-0008-xBlaner W.S., Shmarakov I.O., Traber M.G. Vitamin A and vitamin E: Will the real antioxidant please stand up? Annu. Rev. Nutr. 2021;41:105–131. doi: 10.1146/annurev-nutr-082018-124228Blaner W.S., Shmarakov I.O., Traber M.G. Vitamin A and vitamin E: Will the real antioxidant please stand up? Annu. Rev. Nutr. 2021;41:105–131. doi: 10.1146/annurev-nutr-082018-124228Speisky H., Shahidi F., Costa de Camargo A., Fuentes J. Revisiting the oxidation of flavonoids: Loss, conservation or enhancement of their antioxidant properties. Antioxidants. 2022;11(1):133. doi: 10.3390/antiox11010133Speisky H., Shahidi F., Costa de Camargo A., Fuentes J. Revisiting the oxidation of flavonoids: Loss, conservation or enhancement of their antioxidant properties. Antioxidants. 2022;11(1):133. doi: 10.3390/antiox11010133Diaz M., Mesa-Herrera F., Marin R. DHA and its elaborated modulation of antioxidant defenses of the brain: Implications in aging and AD neurodegeneration. Antioxidants. 2021;10(6):907. doi: 10.3390/antiox10060907Diaz M., Mesa-Herrera F., Marin R. DHA and its elaborated modulation of antioxidant defenses of the brain: Implications in aging and AD neurodegeneration. Antioxidants. 2021;10(6):907. doi: 10.3390/antiox10060907Matsumaru D., Motohashi H. The KEAP1-NRF2 system in healthy aging and longevity. Antioxidants. 2021;10(12):1929. doi: 10.3390/antiox10121929Matsumaru D., Motohashi H. The KEAP1-NRF2 system in healthy aging and longevity. Antioxidants. 2021;10(12):1929. doi: 10.3390/antiox10121929Zenkov N.K., Kozhin P.M., Chechushkov A.V., Martinovich G.G., Kandalintseva N.V., Menshchikova E.B. Mazes of Nrf2 regulation. Biochemistry (Moscow). 2017;82(5):556–564. doi: 10.1134/s0006297917050030Zenkov N.K., Kozhin P.M., Chechushkov A.V., Martinovich G.G., Kandalintseva N.V., Menshchikova E.B. Mazes of Nrf2 regulation. Biochemistry (Moscow). 2017;82(5):556–564. doi: 10.1134/s0006297917050030Menshchikova E., Tkachev V., Lemza A., Sharkova T., Kandalintseva N., Vavilin V., Safronova O., Zenkov N. Water-soluble phenol TS-13 combats acute but not chronic inflammation. Inflamm. Res. 2014;63(9):729–740. doi: 10.1007/s00011-014-0746-0Menshchikova E., Tkachev V., Lemza A., Sharkova T., Kandalintseva N., Vavilin V., Safronova O., Zenkov N. Water-soluble phenol TS-13 combats acute but not chronic inflammation. Inflamm. Res. 2014;63(9):729–740. doi: 10.1007/s00011-014-0746-0Menshchikova E.B., Chechushkov A.V., Kozhin P.M., Kholshin S.V., Kandalintseva N.V., Martinovich G.G., Zenkov N.K. Activation of autophagy and Nrf2 signaling in human breast adenocarcinoma MCF-7 cells by novel monophenolic antioxidants. Cell Tissue Biol. 2019;13(2):85–92. doi: 10.1134/S1990519X1902007XMenshchikova E.B., Chechushkov A.V., Kozhin P.M., Kholshin S.V., Kandalintseva N.V., Martinovich G.G., Zenkov N.K. Activation of autophagy and Nrf2 signaling in human breast adenocarcinoma MCF-7 cells by novel monophenolic antioxidants. Cell Tissue Biol. 2019;13(2):85–92. doi: 10.1134/S1990519X1902007XГайнутдинов П.И., Кожин П.М., Чечушков А.В., Мартинович Г.Г., Хольшин С.В., Кандалинцева Н.В., Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б. Обратная зависимость между антиоксидантной активностью синтетических монофенолов структурно взаимосвязанного ряда и их токсичностью в отношении опухолевых клеток. Сиб. науч. мед. журн. 2018;38(1):22–31. doi: 10.15372/SSMJ20180104Gaynutdinov P.I., Kozhin P.M., Chechushkov A.V., Martinovich G.G., Kholshin S.V., Kandalintseva N.V., Zenkov N.K., Menshchikova E.B. Inverse relationship between the antioxidant activity of structurally related synthetic monophenols and their toxicity in tumor cells. Sibirskiy nauchnyy meditsinskiy zhurnal = Siberian Scientific Medical Journal. 2018;38(1):22–31. [In Russian]. doi: 10.15372/SSMJ20180104Oleynik A.S., Kuprina T.S., Pevneva N.Y., Markov A.F., Kandalintseva N.V., Prosenko A.E., Grigoriev I.A. Synthesis and antioxidant properties of sodium S-[3-(hydroxyaryl)propyl] thiosulfates and [3-(hydroxyaryl)propane]-1-sulfonates. Russian Chemical Bulletin. 2007;58(6):1135–1143. doi: 10.1007/s11172-007-0172-3Oleynik A.S., Kuprina T.S., Pevneva N.Y., Markov A.F., Kandalintseva N.V., Prosenko A.E., Grigoriev I.A. Synthesis and antioxidant properties of sodium S-[3-(hydroxyaryl)propyl] thiosulfates and [3-(hydroxyaryl)propane]-1-sulfonates. Russian Chemical Bulletin. 2007;58(6):1135–1143. doi: 10.1007/s11172-007-0172-3Mosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Methods. 1983;65(1-2):55–63. doi: 10.1016/0022-1759(83)90303-4Mosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Methods. 1983;65(1-2):55–63. doi: 10.1016/0022-1759(83)90303-4Fonseca N.A., Marioni J., Brazma A. RNA-Seq gene profiling – a systematic empirical comparison. PloS One. 2014;9(9):е107026. doi: 10.1371/journal.pone.0107026Fonseca N.A., Marioni J., Brazma A. RNA-Seq gene profiling – a systematic empirical comparison. PloS One. 2014;9(9):е107026. doi: 10.1371/journal.pone.0107026Banerjee P., Eckert A.O., Schrey A.K., Preissner R. ProTox-II: a webserver for the prediction of toxicity of chemicals. Nucleic Acids Res. 2018;46(W1):W257–W263. doi: 10.1093/nar/gky318Banerjee P., Eckert A.O., Schrey A.K., Preissner R. ProTox-II: a webserver for the prediction of toxicity of chemicals. Nucleic Acids Res. 2018;46(W1):W257–W263. doi: 10.1093/nar/gky318Сухачев В.С., Иванов С.М., Филимонов Д.А., Поройков В.В. Альтернативные методы исследования. Компьютерная оценка острой токсичности для грызунов. Лаб. живот. для науч. исслед. 2019;(4):4. doi: 10.29296/2618723X-2019-04-04Sukhachev V.S., Ivanov S.M., Filimonov D.A., Poroikov V.V. Alternative methods of studies. Computer-aided estimation of rodents acute toxicity. Laboratornyye zhivotnyye dlya nauchnykh issledovaniy = Laboratory Animals for Science. 2019;(4):4. doi: 10.29926/2618723X-2019-04-04Nair A.B., Jacob S. A simple practice guide for dose conversion between animals and human. J. Basic. Clin. Pharm. 2016;7(2):27–31. doi: 10.4103/0976-0105.177703Nair A.B., Jacob S. A simple practice guide for dose conversion between animals and human. J. Basic. Clin. Pharm. 2016;7(2):27–31. doi: 10.4103/0976-0105.177703

The authors declare that there are no conflicts of interest present.