phkineticaФармакокинетика и ФармакодинамикаPharmacokinetics and Pharmacodynamics2587-78362686-8830ООО «Издательство ОКИ»10.37489/2587-7836-2022-1-9-13phkinetica-303Research ArticleМЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯMECHANISM OF ACTIONНоопепт защищает инфузории Paramecium сaudatum от токсического действия соединений тяжёлых металловNoopept protects ciliates Paramecium сaudatum cells from the toxic effects of heavy metal compoundshttps://orcid.org/0000-0002-7271-4008КарпухинаО. В.KarpukhinaO. V.

Ольга Вячеславовна Карпухина, к. б. н., в. н. с.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семенова

Биологический факультет

кафедра высшей нервной деятельности

SPIN-код: 6762-7087

Москва

Olga V. Karpukhina, PhD Biological Sci., Leading researcher

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics

Faculty of Biology

Department of higher nervous activity

SPIN code: 6762-7087

Moscow

karpukhina.msu@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3278-8915ПоварнинаП. Ю.PovarninaP. Yu.

Полина Юрьевна Поварнина, к. б. н., с. н. с.

отдел химии лекарственных средств

лаборатория пептидных биорегуляторов

SPIN-код: 5498-6724

Москва

Polina Yu. Povarnina, PhD Biological Sci., Senior research scientist

Department of medicinal chemistry

Laboratory of peptide bioregulators

SPIN code: 5498-6724

Moscow

povarnina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5059-3241ИноземцевА. Н.InozemtsevA. N.

Анатолий Николаевич Иноземцев, д. б. н., в. н. с.

Биологический факультет

кафедра высшей нервной деятельности

SPIN-код: 7119-9015

Москва

Anatoli N. Inozemtsev, Dr. Sci. (Biol.), Leading researcher

Faculty of Biology

Department of higher nervous activity

SPIN code: 7119-9015

Moscow

a_inozemtsev@mail.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова»; Российская академия наукРоссияFederal State Educational Institution of Higher Professional Education Lomonosov Moscow State University; Russian Academy of SciencesRussian FederationФГБНУ «НИИ фармакологии имени В. В. Закусова»РоссияFSBI “Zakusov Institute of Pharmacology”Russian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова»РоссияFederal State Educational Institution of Higher Professional Education Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation20220105202201913Copyright © Карпухина О.В., Поварнина П.Ю., Иноземцев А.Н., 20222022Карпухина О.В., Поварнина П.Ю., Иноземцев А.Н.Karpukhina O.V., Povarnina P.Y., Inozemtsev A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pharmacokinetica.ru/jour/article/view/303   Актуальность

   Актуальность. Дипептидный препарат Ноопепт, созданный в НИИ фармакологии имени В. В. Закусова, обладает широким спектром фармакологического действия, включая цитопротекторное. В связи с увеличивающимся загрязнением окружающей среды актуальным является выявление защитных свойств препаратов при действии на организм соединений тяжёлых металлов.

   Целью настоящего исследования было изучение цитопротекторных эффектов Ноопепта в условиях токсичности, индуцированной соединениями тяжёлых металлов, с использованием инфузорий Paramecium caudatum в качестве тест-объекта.

   Методы

   Методы. Инфузории Раramecium caudatum подвергались действию 4 солей тяжёлых металлов: хлорида кадмия, ацетата свинца, сульфата меди, сульфата цинка, а также наночастиц оксида меди и оксида цинка. За 30 мин до внесения повреждающих агентов в среду с опытными клетками добавлялся Ноопепт в концентрациях 0,01–10 мкМ.

   Результаты

   Результаты. Установлено, что присутствие солей металлов в среде достоверно снижало численность клеток Paramecium caudatum в зависимости от времени воздействия. Ноопепт во всех изученных концентрациях снижал гибель клеток, при этом максимальная выраженность эффекта наблюдалась в концентрации 1 мкМ.

   Заключение

   Заключение. Полученные в настоящей работе данные о способности препарата Ноопепт предотвращать негативные последствия действия соединений тяжёлых металлов позволяют дополнить сведения о широком спектре действия препарата.

   Background

   Background. The dipeptide drug Noopept, created at the Zakusov Institute of Pharmacology, has a wide range of pharmacological actions, including cytoprotective one. In connection with the increasing pollution of the environment, it is urgent to identify the protective properties of drugs with a negative effect of heavy metal compounds on the live system.

   The aim of the present study was to investigate the cytoprotective effects of Noopept under toxicity induced by heavy metal compounds using ciliates Paramecium caudatum as a test object.

   Methods

   Methods. The ciliates Paramecium caudatum were exposed to 4 salts of heavy metals: cadmium chloride, lead acetate, copper sulfate, zinc sulfate, as well as nanoparticles of copper oxide and zinc oxide. Noopept was added to the medium with the experimental cells 30 min before the introduction of damaging agents, at concentrations of 0.01–10 μM. Results. It was found that the presence of metal salts in the medium significantly reduced the number Paramecium сaudatum cells, depending on the time of exposure. Noopept at all studied concentrations reduced cell death, while the maximum intensity of the effect was observed at a concentration of 1 μM.

   Conclusions

   Conclusions. The results obtained make it possible to supplement data on the wide spectrum of Noopept's action.

Ноопепттяжёлые металлынаночастицыокислительный стрессParamecium caudatumNoopeptheavy metalsnanoparticlesoxidative stressParamecium caudatumИсследование выполнено в рамках научного проекта государственного задания МГУ имени М. В. Ломоносова (тема № 121032500080-8)The research was carried out within the framework of the scientific project of the state assignment of the Lomonosov Moscow State University (topic No. 121032500080-8)ReferencesGudasheva T. A., Voronina T. A., Ostrovskaya R. U. et al. Synthesis and antiamnesic activity of a series of N-acylprolyl-containing dipeptides. European Journal of Medicinal Chemistry. 1996; 31 (1996): 151–157. DOI: 10.1016/0223-5234(96)80448-X.Gudasheva T. A., Voronina T. A., Ostrovskaya R. U. et al. Synthesis and antiamnesic activity of a series of N-acylprolyl-containing dipeptides. European Journal of Medicinal Chemistry. 1996; 31 (1996): 151–157. DOI: 10.1016/0223-5234(96)80448-X.Патент РФ на изобретение № 2119496 / 27. 09. 98. Бюл. № 27. / Середенин С. Б. [и др.] Производные N-ацилпролилдипептидов. [Patent RUS № 2119496 / 27. 09. 98. Byul. №27 / Seredenin S. B., Voronina T. A., Gudasheva T. A. et al. Proizvodnie N-acilprolildipeptidov. (In Russ).]. Доступно по: http://allpatents.ru/patent/2119496.html. Ссылка активна на 01. 11. 2021.Патент РФ на изобретение № 2119496 / 27. 09. 98. Бюл. № 27. / Середенин С. Б. [и др.] Производные N-ацилпролилдипептидов. [Patent RUS № 2119496 / 27. 09. 98. Byul. №27 / Seredenin S. B., Voronina T. A., Gudasheva T. A. et al. Proizvodnie N-acilprolildipeptidov. (In Russ).]. Доступно по: http://allpatents.ru/patent/2119496.html. Ссылка активна на 01. 11. 2021.Seredenin S. B., Voronina T. A., Gudasheva T. A. et al., inventors; Saegis Pharmaceuticals Inc., assignee. Biologically active n-acylprolydipeptides having antiamnestic, antihypoxic and anorexigenic effects. United States patent US. 1995 Aug 8.Seredenin S. B., Voronina T. A., Gudasheva T. A. et al., inventors; Saegis Pharmaceuticals Inc., assignee. Biologically active n-acylprolydipeptides having antiamnestic, antihypoxic and anorexigenic effects. United States patent US. 1995 Aug 8.Зайнуллина Л. Ф. Ноотропное средство Ноопепт активирует транскрипционный фактор HIF-1 / Л. Ф. Зайнуллина [и др.] // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. – 2020. – 494 (1): 527–531. DOI: 10.31857/S2686738920050248. [Zainullina L. F., Ivanova T. V., Sadovnikov S. V. et al. Cognitive Enhancer Noopept Activates Transcription Factor HIF-1. Dokl Biochem Biophys. 2020; 494 (1): 256–260. (In Russ).]. DOI:10.1134/S1607672920050129.Зайнуллина Л. Ф. Ноотропное средство Ноопепт активирует транскрипционный фактор HIF-1 / Л. Ф. Зайнуллина [и др.] // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. – 2020. – 494 (1): 527–531. DOI: 10.31857/S2686738920050248. [Zainullina L. F., Ivanova T. V., Sadovnikov S. V. et al. Cognitive Enhancer Noopept Activates Transcription Factor HIF-1. Dokl Biochem Biophys. 2020; 494 (1): 256–260. (In Russ).]. DOI:10.1134/S1607672920050129.Пивоваров А. С. Влияния Ноопепта и пирацетама на депрессию вызванного ацетилхолином тока в командных нейронах виноградной улитки / А. С. Пивоваров, Г. Б. Мурзина, Н. В. Васильева // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. – 2020. – 70 (1): 125–132. [Influence of Noopept and piracetam on acetylcholin-induced input currentin helix lucorum neurons. I. P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity. 2020; 70 (1): 125–132.Пивоваров А. С. Влияния Ноопепта и пирацетама на депрессию вызванного ацетилхолином тока в командных нейронах виноградной улитки / А. С. Пивоваров, Г. Б. Мурзина, Н. В. Васильева // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. – 2020. – 70 (1): 125–132. [Influence of Noopept and piracetam on acetylcholin-induced input currentin helix lucorum neurons. I. P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity. 2020; 70 (1): 125–132.Островская Р. У. Нейропротективный дипептид Ноопепт предотвращает повреждения ДНК намодели предиабета у мышей / Р. У. Островская [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2019. – 168 (8): 185–190. [Ostrovskaya R. U., Yagubova S. S., Zhanataev A. K. et al. Neuroprotective dipeptide noopept prevents DNA damage in mice with modeled prediabetes. Bull Exp Biol Med. 2019; 168 (8): 185–190 (In Russ).]. DOI: 10.1007/s10517-019-04681-z.Островская Р. У. Нейропротективный дипептид Ноопепт предотвращает повреждения ДНК намодели предиабета у мышей / Р. У. Островская [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2019. – 168 (8): 185–190. [Ostrovskaya R. U., Yagubova S. S., Zhanataev A. K. et al. Neuroprotective dipeptide noopept prevents DNA damage in mice with modeled prediabetes. Bull Exp Biol Med. 2019; 168 (8): 185–190 (In Russ).]. DOI: 10.1007/s10517-019-04681-z.Островская Р. У. Дипептидный препарат Ноопепт: дизайн, фармакологические свойства и механизм действия / Р. У. Островская, Т. А. Гудашева // Экспериментальная и клиническая фармакология. – 2021. – 84 (2): 41–52. [Ostrovskaya R. U., Gudasheva T. A. Dipeptide drug noopept: design, pharmacological properties and mechanism of action. Éksperimentalnaya i Klinicheskaya Farmakologiya. 2021; 84 (2): 41–52. (In Russ).]. DOI: 10.30906/0869-2092-2021-84-2-41-52.Островская Р. У. Дипептидный препарат Ноопепт: дизайн, фармакологические свойства и механизм действия / Р. У. Островская, Т. А. Гудашева // Экспериментальная и клиническая фармакология. – 2021. – 84 (2): 41–52. [Ostrovskaya R. U., Gudasheva T. A. Dipeptide drug noopept: design, pharmacological properties and mechanism of action. Éksperimentalnaya i Klinicheskaya Farmakologiya. 2021; 84 (2): 41–52. (In Russ).]. DOI: 10.30906/0869-2092-2021-84-2-41-52.Jia X, Gharibyan A. L., Öhman A .et al. Neuroprotective and nootropic drug noopept rescues α-synuclein amyloid cytotoxicity. J Mol Biol. 2011; 414 (5): 699–712. DOI: 10.1016/j.jmb.2011.09.044.Jia X, Gharibyan A. L., Öhman A .et al. Neuroprotective and nootropic drug noopept rescues α-synuclein amyloid cytotoxicity. J Mol Biol. 2011; 414 (5): 699–712. DOI: 10.1016/j.jmb.2011.09.044.Ostrovskaya R. U., Vakhitova Y. V., Kuzmina U. Sh. et al. Neuroprotective effect of novel cognitive enhancer noopept on AD-related cellular model involves the attenuation of apoptosis and tau hyperphosphorylation. J Biomed Sci. 2014; 21 (1): 74. DOI: 10.1186/s12929-014-0074-2.Ostrovskaya R. U., Vakhitova Y. V., Kuzmina U. Sh. et al. Neuroprotective effect of novel cognitive enhancer noopept on AD-related cellular model involves the attenuation of apoptosis and tau hyperphosphorylation. J Biomed Sci. 2014; 21 (1): 74. DOI: 10.1186/s12929-014-0074-2.Антипова Т. А. Дипептидный аналог Пирацетама Ноопепт увеличивает жизнеспособность гиппокампальных нейронов линии НТ-22 на модели глутаматной токсичности / Т. А. Антипова [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2016. – 161 (1): 68–71. [Antipova T. A., Nikolaev S. V., Ostrovskaya P. U. et al. Dipeptide Piracetam analogue Noopept improves viability of hippocampal HT-22 neurons in the glutamate toxicity model. Bull Exp Biol Med. 2016; 161 (1): 68–71 (In Russ).]. DOI: 10.1007/s10517-016-3344-z.Антипова Т. А. Дипептидный аналог Пирацетама Ноопепт увеличивает жизнеспособность гиппокампальных нейронов линии НТ-22 на модели глутаматной токсичности / Т. А. Антипова [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2016. – 161 (1): 68–71. [Antipova T. A., Nikolaev S. V., Ostrovskaya P. U. et al. Dipeptide Piracetam analogue Noopept improves viability of hippocampal HT-22 neurons in the glutamate toxicity model. Bull Exp Biol Med. 2016; 161 (1): 68–71 (In Russ).]. DOI: 10.1007/s10517-016-3344-z.Pelsman A., Hoyo-Vadillo C., Gudasheva T. A. et al. GVS-111 prevents oxidative damage and apoptosis in normal and Down's syndrome human cortical neurons. Int J Dev Neurosci. 2003; 21 (3): 117–124. DOI: 10.1016/s0736-5748(03)00031-5.Pelsman A., Hoyo-Vadillo C., Gudasheva T. A. et al. GVS-111 prevents oxidative damage and apoptosis in normal and Down's syndrome human cortical neurons. Int J Dev Neurosci. 2003; 21 (3): 117–124. DOI: 10.1016/s0736-5748(03)00031-5.Rodgers L. F., Markle K. L., Hennessey T. M.. Responses of the ciliates tetrahymena and paramecium to vertebrate odorants and tastants. J Eukaryot Microbiol. 2008; 55 (1): 27–33. DOI: 10.1111/j.1550-7408.2007.00300.x.Rodgers L. F., Markle K. L., Hennessey T. M.. Responses of the ciliates tetrahymena and paramecium to vertebrate odorants and tastants. J Eukaryot Microbiol. 2008; 55 (1): 27–33. DOI: 10.1111/j.1550-7408.2007.00300.x.Ramoino P., Candiani S., Pittaluga A. M., et al. Pharmacological characterization of NMDA-like receptors in the single-celled organism Paramecium primaurelia. J Exp Biol. 2014; 217 (Pt 3): 463–471. DOI: 10.1242/jeb.093914.Ramoino P., Candiani S., Pittaluga A. M., et al. Pharmacological characterization of NMDA-like receptors in the single-celled organism Paramecium primaurelia. J Exp Biol. 2014; 217 (Pt 3): 463–471. DOI: 10.1242/jeb.093914.Van Houten J. Paramecium Biology. Results Probl Cell Differ. 2019; 68: 291–318. DOI: 10.1007/978-3-030-23459-1_13.Van Houten J. Paramecium Biology. Results Probl Cell Differ. 2019; 68: 291–318. DOI: 10.1007/978-3-030-23459-1_13.Ladenburger E. M., Korn I., Kasielke N. et al. An Ins(1,4,5)P3 receptor in Paramecium is associated with the osmoregulatory system. J Cell Sci. 2006; 119 (Pt 17): 3705–3717. DOI: 10.1242/jcs.03075.Ladenburger E. M., Korn I., Kasielke N. et al. An Ins(1,4,5)P3 receptor in Paramecium is associated with the osmoregulatory system. J Cell Sci. 2006; 119 (Pt 17): 3705–3717. DOI: 10.1242/jcs.03075.Flora S. J., Shrivastava R., Mittal M. Chemistry and pharmacological properties of some natural and synthetic antioxidants for heavy metal toxicity. Curr Med Chem. 2013; 20 (36): 4540–4574. DOI: 10.2174/09298673113209990146.Flora S. J., Shrivastava R., Mittal M. Chemistry and pharmacological properties of some natural and synthetic antioxidants for heavy metal toxicity. Curr Med Chem. 2013; 20 (36): 4540–4574. DOI: 10.2174/09298673113209990146.Saso L., Gürer-Orhan H., Stepanić V. Modulators of oxidative stress: chemical and pharmacological aspects. Antioxidants (Basel). 2020; 9 (8): 657. DOI: 10.3390/antiox9080657.Saso L., Gürer-Orhan H., Stepanić V. Modulators of oxidative stress: chemical and pharmacological aspects. Antioxidants (Basel). 2020; 9 (8): 657. DOI: 10.3390/antiox9080657.Karpuhin V. T., Malikov M. M., Borodina T. I., Val'yano G. E., Gololobova O. A. Investigation of the characteristics of a colloidal solution and its solid phase obtained through ablation of zinc in water by high-power radiation from a copper vapor laser. Thermophysical Properties of Materials. 2011; 49 (5): 679–684. DOI: 10.1134/S0018151X11050099.Karpuhin V. T., Malikov M. M., Borodina T. I., Val'yano G. E., Gololobova O. A. Investigation of the characteristics of a colloidal solution and its solid phase obtained through ablation of zinc in water by high-power radiation from a copper vapor laser. Thermophysical Properties of Materials. 2011; 49 (5): 679–684. DOI: 10.1134/S0018151X11050099.Карпухин В. Т. Синтез слоистого органо-неорганического нанокомпозита меди методом лазерной абляции в жидкости / В. Т. Карпухин [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 2013. – 51 (2): 311–314. [Karpuhin V. T., Malikov M. M., Borodina T. I., Val'yano G. E., Gololobova O. A. Sintez sloistogo organo-neorganicheskogo nanokompozita medi metodom lazernoj ablyacii v zhidkosti. High Temperature. 2013; 51 (2): 311–314. (In Russ).].Карпухин В. Т. Синтез слоистого органо-неорганического нанокомпозита меди методом лазерной абляции в жидкости / В. Т. Карпухин [и др.] // Теплофизика высоких температур. – 2013. – 51 (2): 311–314. [Karpuhin V. T., Malikov M. M., Borodina T. I., Val'yano G. E., Gololobova O. A. Sintez sloistogo organo-neorganicheskogo nanokompozita medi metodom lazernoj ablyacii v zhidkosti. High Temperature. 2013; 51 (2): 311–314. (In Russ).].Morgunov I. G., Karpukhina O. V., Kamzolova S. V. et al. Investigation of the effect of biologically active threo-Ds-isocitric acid on oxidative stress in Paramecium caudatum. Prep Biochem Biotechnol. 2018; 48 (1): 1–5. DOI: 10.1080/10826068.2017.1381622. (In Russ).].Morgunov I. G., Karpukhina O. V., Kamzolova S. V. et al. Investigation of the effect of biologically active threo-Ds-isocitric acid on oxidative stress in Paramecium caudatum. Prep Biochem Biotechnol. 2018; 48 (1): 1–5. DOI: 10.1080/10826068.2017.1381622. (In Russ).].

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