The effect of plasmalogens on the expression of selected antioxidant enzymes in cultured retinal pigment epithelium cells (ARPE-19) subjected to visible light

Przyczyną zaburzeń homeostazy prooksydacyjno-antyoksydacyjnej, nazywanej stresem oksydacyjnym, jest powstawanie zbyt dużej ilości reaktywnych form tlenu (RFT), przy zbyt mało wydajnym mechanizmie ich neutralizacji. Nieusuwanie powstałych RFT może prowadzić do szeregu poważnych zmian i uszkodzeń w komórce, na poziomie zarówno strukturalnym, jak i molekularnym. Z uwagi na istotę prawidłowego funkcjonowania komórek ważne jest sprawne działanie mechanizmów ochronnych. Do mechanizmów chroniących komórki przed skutkami stresu oksydacyjnego zalicza się m.in enzymy przeciwutleniające oraz endo- i egzogenne przeciwutleniacze. Siatkówka oka jest tkanką o bardzo wysokim tempie metabolizmu i związanym z tym dużym zapotrzebowaniem na tlen. Ponadto, siatkówka jest stale eksponowana na duże dawki światła widzialnego o wysokiej intensywności. Ze względu na stałe narażenie siatkówki oka na stres oksydacyjny istotna jest jej ochrona. Ostatnią warstwę siatkówki oka stanowi grupa wyspecjalizowanych komórek nabłonkowych, których jednym z zadań jest ochrona siatkówki przed stresem oksydacyjnym. W latach 20 XX w. zidentyfikowano grupę fosfolipidów zawierających w swojej budowie wiązanie „winylowo-eterowe”, nazwano je wtedy plazmalogenami. Dziś już wiemy, że są to lipidy wchodzące w skład błon komórkowych wielu tkanek, głównie układu krwionośnego, nerwowego czy odpornościowego. Plazmalogeny występują również w siatkówce oka, w tym w błonach dysków zewnętrznych segmentów fotoreceptorów (POS) oraz w nabłonku upigmentowanym siatkówki (RPE). Postuluje się, że jedną z ich funkcji w POS jest ochrona innych lipidów zawierających nienasycone kwasy tłuszczowe przed ich utlenianiem. Uważa się, że plazmalogeny to lipidy, które ze względu na swoją wyjątkową strukturę „poświęcają się” w procesie utleniania i utleniają się jako pierwsze. Rola plazmalogenów w RPE jest jednak niejasna i wymaga systematycznych badań. Celem pracy było zbadanie czy postulowana ochronna rola plazmalogenów w siatkówce ogranicza się tylko do roli strukturalnej, czy obejmuje również działanie molekularne polegające na zmianie poziomu białek przeciwutleniających takich jak katalaza, oksygenaza hemowa-1 i peroksydaza glutationowa-1. Wykazanie takiego działania plazmalogenów w RPE przyczyniłoby się znacząco do wyjaśnienia ich roli w siatkówce. Wstępne wyniki sugerują, że plazmalogeny zwiększają poziom oksygenazy hemowej-1 i katalazy. Dla pozostałych białek niezbędne są dalsze badania.

Oxidative stress, that is the disturbance of pro- and antioxidative homeostasis in cells, results from generation of high levels of reactive oxygen species (ROS) associated with inefficient mechanism of ROS neutralization. Enhanced formation of ROS may lead to a number of structural and molecular damages of key cellular components. To protect cells from destructive consequences of oxidative stress, there are several efficient antioxidant mechanisms within the cell including preventive and chain-breaking antioxidants such as antioxidant enzymes and small molecule antioxidants. The retina is a tissue characterized by a very high rate of metabolism and increased consumption of oxygen. In addition, retina is often exposed to high intensity fluxes of visible light, which raise the risk of oxidative stress occurrence. Constant exposition of retina to oxidative stress requires efficient mechanisms to protect the tissue from degeneration. The outer retina is formed by highly-specialized epithelial cells (RPE) that contribute to this overall protection. A specific group of phospholipids containing vinyl-ether bond, called plasmalogens (Pls), was identified in 20th of XX century. Today, it is well known that plasmalogens are lipid components of cell membranes occurring in many tissues, mainly in blood, nervous and immune system. Plasmalogens are also present within the retina in the membranes of photoreceptors outer segments (POS) and in the retinal pigmented epithelial cells. It is postulated that Pls in POS are involved in anti-oxidative protection of other unsaturated lipids. It is believed that plasmalogens – lipids of unique structure - oxidise first, thus protecting other cell structures. However, the role of plasmalogens in RPE is not clear and requires further research. The aim of the study was to verify the hypothesis that plasmalogens protect retina from oxidative stress not only by their structural features but also by involvement of molecular mechanisms, such as triggering the changes of the levels of antioxidant proteins like catalase, heme oxygenase-1 and glutathione peroxidase-1. Analysis of plasmalogens functions in RPE model would contribute to explanation of their role in the eye retina. Primary results suggest that plasmalogens trigger the increase in level of hemoxygenase-1 and catalase in cells. The impact of Pls on the protein level of other antioxidant enzymes, needs further analysis.