Advances in Clinical and Experimental Medicine

Adv Clin Exp Med
Impact Factor (IF) – 1.227
Index Copernicus (ICV 2018) – 157.72
MNiSW – 40
Average rejection rate – 84.38%
ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download PDF

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2006, vol. 15, nr 3, May-June, p. 435–444

Publication type: original article

Language: English

Creative Commons BY-NC-ND 3.0 Open Access

The Effect of Cyclosporin A on Free Radical Processes and Interactions with Antioxidants

Badanie wpływu cyklosporyny A na procesy wolnorodnikowe i jej interakcji z antyoksydantami

Ewa Sawicka1,, Anna Długosz1,, Dorota Przybylska1,

1 Department of Toxicology, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

Abstract

Background. Previous study of a group of patients treated with CsA after renal transplantation showed a statistically elevated concentration of lipid peroxidation products, measured as the MDA + 4−HNE level in blood plasma.
Objectives. Evaluating whether CsA is responsible for the increase in MDA concentration or hydroxyl radical generation by an in vitro method. Moreover, the authors investigated whether two important lipophilic antioxidants, coenzyme Q10 and vitamin E, could be considered as protective or reparative agents in free radical processes caused by CsA.
Material and Methods. Mitochondria isolated from human placenta were used as the experimental model. MDA content was measured by the TBARS method, the •OH level by deoxirybose degradation, and the protein concentration by the Lowry method. The influence of CsA in doses of 30–750 ng/ml on MDA and •OH concentration was investigated. Also evaluated were the protective (antioxidant given before CsA) and reparative (antioxidant given after CsA) effects of CoQ10 and vitamin E in oxidative stress caused by CsA. Coenzyme Q10 was used in two concentrations, 1.5 and 3.0 μg/ml, and vitamin E in the three concentrations of 1.5; 5.0, and 15.0 μg/ml.
Results. The examinations showed that CsA in doses of 450–750 ng/ml increased MDA concentration in mitochondria in a statistically significant way. A significant positive linear correlation, with a Pearson’s coefficient of r = = 0.6030 (p = 0.000), between the dose of CsA and MDA level was obtained. Elevated •OH formation was caused by the highest applied dose of CsA, 750 ng/ml. Coenzyme Q10 at a dose of 3.0 μg/ml protected against increased lipid peroxidation caused by CsA with high significance, but it did not repair. The elevated •OH formation after 750 ng/ml of CsA was not decreased by CoQ10 at both concentrations used, unlike vitamin E, which in the three experimental concentrations (1.5, 5.0, and 15 μg/ml) acted as a protective and reparative agent, decreasing OH formation (p < 0.01). Vitamin E inhibited lipid peroxidation in both protective and reparative ways, and it was observed that the highest dose of vitamin E (15 μg/ml) was the most effective in protection. Conclusion Cyclosporin at high doses can induce free radicals processes, evaluated as an elevated MDA concentration and •OH generation. The investigations with CoQ10 and vitamin E point out the possibility of reducing the negative effects of CsA by these antioxidants. Moreover, the usefulness of the mitochondrial model from human placenta for in vitro analysis was estimated.

Streszczenie

Wprowadzenie. Wcześniejsze badania wykonane w Katedrze Toksykologii w grupie pacjentów po przeszczepie nerek, leczonych cyklosporyną A, wykazały statystycznie istotne zwiększenie stężenia produktów peroksydacji lipidów, mierzone stężeniem MDA + 4−HNE w osoczu.
Cel pracy. Wyjaśnienie mechanizmu badanych zjawisk przez ocenę in vitro wpływu CsA na peroksydację lipidową, w tym na stężenie MDA oraz wytwarzanie rodnika hydroksylowego. Doświadczenia miały na celu ocenę własności antyoksydacyjnych koenzymu Q10 oraz witaminy E w odniesieniu do stresu oksydacyjnego wywołanego przez CsA.
Materiał i metody. Modelem do badań były mitochondria izolowane z łożysk ludzkich. Oznaczanie stężenia MDA wykonano za pomocą metody TBARS, liczbę rodników •OH przez degradację dezoksyrybozy, a stężenie białka metodą Lowry’ego. Badano wpływ CsA w dawkach 30–750 ng/ml na MDA oraz •OH w mitochondriach. Oceniono zarówno działanie ochronne koenzymu Q10 oraz witaminy E (podając antyoksydant przed CsA), jak i naprawcze (podając antyoksydant po CsA) na peroksydację lipidową indukowaną CsA.
Wyniki. Nastąpiło statystycznie istotne zwiększenie stężenia MDA po cyklosporynie w dawkach 450–750 ng/ml z dodatnią korelacją liniową dawka–odpowiedź (r = 0,6030; p = 0,000), a generację rodnika •OH indukowała CsA o stężeniu 750 ng/ml. Oznaczając działanie CoQ10, stwierdzono, że antyoksydant w dawce 3,0 μg/ml działał ochronnie, zapobiegając lipidowej peroksydacji wywołanej przez CsA, mierzonej stężeniem MDA; nie wykazywał natomiast działania naprawczego i ochronnego na zwiększoną generację rodników •OH po ekspozycji mitochondriów na CsA. Witamina E, zastosowana w badaniach w trzech stężeniach: 1,5; 5,0 oraz 15,0 μg/ml wykazywała istotne statystycznie działanie ochronne i naprawcze na zwiększoną generację rodników •OH po CsA (p < 0,01), a najsilniejsze działanie obniżające MDA wykazywała witamina E w stężeniu 15,0 μg/ml.
Wnioski. Cyklosporyna A w dużych stężeniach (> 450 ng/ml) może indukować wolnorodnikowe uszkodzenia lipidów, oceniane podwyższonym stężeniem MDA oraz •OH. Wyniki badań dotyczących oceny własności ochronnych i naprawczych koenzymu Q10 oraz witaminy E wskazują, że suplementacja pacjentów po przeszczepie nerek koenzymem Q10 oraz witaminą E może korzystnie hamować nasilenie peroksydacji lipidów w warunkach ekspozycji na cyklosporynę A. Wykazano ponadto użyteczność modelu mitochondrialnego do badań.

Key words

cyclosporin A, malondialdehyde, hydroxyl radical, coenzyme Q10, vitamin E

Słowa kluczowe

cyklosporyna A, dialdehyd malonowy, rodnik hydroksylowy, koenzym Q10, witamina E

References (27)

  1. Kavukcu S, Soylu A, Turkmen M, Kasap B, Gumustekin M, Gulay H: Two−hour post−dose cyclosporin A levels in adolescent renal transplant recipients in the late post−transplant period. Pediatr Nephrol 2004, 19, 667–671.
  2. Paolini M, Biagi GL, Cantelli−Forti G: Cyclosporin A and free radical generation. Trends Pharmacol Sci 2001, 22(1), 14–15.
  3. Długosz A, Kuźniar J, Sawicka E, Marchewka Z, Lembas−Bogaczyk J, Sajewicz W, Boratyńska E: Oxidative stress and coenzyme Q10 supplementation in renal transplant recipients. Int Urol Nephrol 2004, 36, 253–258.
  4. Beyer RE: The participation of coenzyme Q in free radical production and antioxidation, Free Rad Biol Med 1990, 8, 545–565.
  5. Radi R, Sims S, Cassina A, Turrens JR: Role of catalase and cytochrome c in hydroxyperoxide−dependent lipid peroxidation and chemiluminescence in rat heart and kidney mitochondria. Free Rad Biol Med 1993, 15, 653–659.
  6. Długosz A, Piotrowska D: Lipid peroxidation stimulated by Solvesso, Bawanol and methanol and its counteraction by antioxidants in human placental mitochondria. Toxicol in Vitro 2002, 16, 649–656.
  7. Buege JA, Aust SD: Microsomal lipid peroxidation. Meth Enzymol 1978, 52, 302–310.
  8. Bartosz G: The second face of oxygen. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1995, 301–302.
  9. Pape L, Lehnhardt A, Latta K, Ehrich JH, Offner G: Cyclosporin A monitoring by 2−h levels: preliminary target levels in stable pediatric kidney transplant recipients. Clin Transplant 2003, 17, 546–548.
  10. Chen Ch, Johnston TD, Reddy KS, Merrick JC, Mastrangelo M, Ranjan D: Cyclosporine directly causes oxidative stress and promotes Epstein−Barr virus transformation of human B cells. J Surg Res 2001, 100, 166–170.
  11. Długosz A, Sawicka E, Marchewka Z: Styrene and ethylene glycol have a synergetic effect on lipid peroxidation that is better protected than repaired by CoQ10. Toxicol in Vitro, 2005, 19(5), 581–588.
  12. Klassen CD: Toxicology. The basic science of poisons. International Edition New York 1996, 5th ed., 35–74.
  13. Granot E, Shemesh L, Rivkin L, Kohen R: Plasma and low−density lipoprotein lipid peroxidation in cyclosporine A−treated children after liver transplant. Transplant Proc 1998, 30, 4057–4059.
  14. Singh D, Chander V, Chopra K: Cyclosporine protects against ischemia/reperfusion injury in rat kidneys. Toxicology 2005, 207(3), 339–347.
  15. Zima T: The influence of cyclosporin on lipid peroxidation and superoxide dismutase in adriamycin nephropathy in rats. Nephron 1997, 75(4), 464–468.
  16. Wang Ch, Salahudeen AK: Lipid peroxidation accompanies cyclosporine nephrotoxicity: Effect of vitamin E. Kidney Int 1995, 47, 927–934.
  17. Zhong Z, Arteel GE, Connor HD, Yin M, Frankenberg MV, Stachlewitz RF, Raleigh JA, Mason RP, Thurmann RG: Cyclosporin A increases hypoxia and free radical production in rat kidneys: prevention by dietary glycine. Am J Physiol 1998, 275, 595–604.
  18. Zhong Z, Connor HD, Yin M, Moss N, Mason RP, Bunzendahl H, Forman DT, Thurman RG: Dietary glycine and renal denervation prevents cyclosporin A−induced hydroxyl radical production in rat kidney. Mol Pharmacol 1999, 56, 455–463.
  19. Długosz A, Sawicka E: Chemoprotective effect of coenzyme Q on lipids in the paint and lacquer industry workers. Int J Occup Med Environ Health 1998, 11(2), 153–163.
  20. Kucharska J, Gvozdjakova A, Mizera S: Coenzyme Q10 depletion in rejection episodes in patients after heart transplantation. Bratis Med J 1996, 97, 603–606.
  21. Genova ML, Aurelio M, Formiggini G, Nardo B, Cuccomarino S, Turi P, Merlo Pich M, Lenaz G, Bovina C: Protective effect of endogenous coenzyme Q in rats subjected to partial hepatic ischemia and reperfusion. First Conference of the International Coenzyme Q10 Association, Boston 1998.
  22. Takahashi T, Sugimoto N, Takanata K, Okamoto T, Kishi T: Cellular antioxidant defence by a ubiquitol−regenerating system coupled with cytosolic NADPH−dependent ubiquinone reductase: protective effect against carbon tetrachloride−induced hepatotoxicity in the rat. Biol Pharm Bull 1996, 19, 1005–1012.
  23. Piotrowska D: Biological investigation of the oxidative capabilities of selected occupational exposure agents and an evaluation of the protective role of some antioxidants [Badanie biologicznych zdolności oksydacyjnych wybranych czynników narażenia zawodowego i ocena ochronnej roli niektórych antyoksydantów]. Doctoral dissertation, Akademia Medyczna, Wrocław 2004.
  24. Andres D, Cascales M: Novel mechanism of vitamin E protection against cyclosporine A cytotoxicity in cultured rat hepatocytes. Biochem Pharmacol 2002, 64(2), 267–276.
  25. Moran D, De Buitrago JM, Fernandez E, Galan AI, Munoz ME, Jimenez R: Inhibition of biliary glutathione secretion by cyclosporine A in the rat: Possible mechanisms and role in the cholestasis induced by the drug. J Hepatol 1998, 29, 68–73.
  26. Parra T, De Arriba G, Arribas I, Lema GP, Rodriguez−Puyol D, Rodriguez−Puyol M: Cyclosporine A nephrotoxicity: role of thromboxane and reactive oxygen species. J Lab Clin Med. 1998, 131(1), 63–70.
  27. Adhirai M, Selvan R: Effect of cyclosporin A on tissue lipid peroxidation and membrane bound phosphatases in hyperoxaluric rat and the protection by vitamin E pretreatment. Jpn J Med. Sci Biol 1997, 50(1), 9–17.