Czynniki wpływające na prooksydacyjne działanie cytotoksycznych związków należących do naftochinonów

The compounds that belong to the naphthoquinones are abundantly produced by plants. They are known as allelochemicals and have different effects on target organisms. Their toxicity manifests through the production of reactive oxygen species (ROS), which can damage components of target cells. The occurrence of oxidative stress is determined by overproduction of ROS in a cell. An overall balance among prooxidant and antioxidant compounds is the main element required for proper growth and plant development. This master’s thesis focuses on the prooxidant properties of four naphthoquinones: juglone, lawsone, plumbagin, and 2-methoxy-1,4-naphthoquinone. Experiments were carried out to investigate the antioxidant response of Chlamydomonas reinhardtii that were incubated with the allelopathic compounds mentioned above. Incubations were performed in strong lighting conditions and in the dark. Changes in such antioxidants as ascorbate, low molecular weight thiols and α-tocopheryloquinone were measured. The Spy-LHP fluorescent probe was used to evaluate the degree of lipid peroxidation, and the DCFH-DA probe was applied to measure the intracellular levels of ROS.The obtained results indicate that the substituent position in naphthoquinone compounds significantly influences their toxicity and their ability to generate ROS. Incubation of green algae in high light conditions resulted in the occurrence of more pronounced oxidative stress and greater changes in the content of the measured antioxidants when compared to the experimental variants incubated in the dark. In most of the experiments that were carried out, the most significant reduction in the antioxidant content was caused by the incubation of cells with juglone, while the weakest prooxidative effects were exerted by lawsone. Slightly different observations were made in experiments with the use of fluorescent probes, which most likely results from their specific localization within the cells.

Związki należące do naftochinonów są obficie produkowane przez rośliny i znane z allelopatycznego oddziaływania na inne organizmy. Ich toksyczne działanie przejawia się w produkowaniu reaktywnych form tlenu (ROS), które mogą uszkadzać składniki narażonych komórek, a ich zbyt duża ilość prowadzi do wystąpienia stresu oksydacyjnego. Kluczowym warunkiem niezbędnym dla prawidłowego rozwoju roślin jest utrzymanie równowagi między prooksydantami a związkami odpowiedzialnymi za ich neutralizację, czyli antyoksydantami.W niniejszej pracy skupiono się na prooksydacyjnych właściwościach czterech związków należących do naftochinonów: juglonu, lawsonu, plumbaginy oraz 2-metoksy-1,4-naftochinonu. Przeprowadzono doświadczenia mające na celu zbadanie charakteru odpowiedzi antyoksydacyjnej komórek Chlamydomonas reinhardtii inkubowanych z wyżej wymienionymi związkami o działaniu allelopatycznym w warunkach silnego oświetlenia oraz w ciemności. Zmierzone zostały zmiany takich antyutleniaczy jak askorbinian, drobnocząsteczkowe tiole oraz α-tokoferylochinon. W celu zbadania stopnia peroksydacji lipidów wykorzystano sondę fluorescencyjną Spy-LHP, a do pomiaru wewnątrzkomórkowego poziomu ROS posłużyła sonda DCFH-DA.Wykazano, że układ podstawników w cząsteczkach związków naftochinonowych istotnie wpływa na ich toksyczność, a więc i zdolność do generowania ROS. Inkubacja zielenic w warunkach silnego oświetlenia powodowała wystąpienie silniejszego stresu oksydacyjnego i większe zmiany zawartości mierzonych związków w porównaniu do wariantów eksperymentalnych inkubowanych w ciemności. W większości przeprowadzonych doświadczeń do najbardziej istotnych spadków zawartości antyoksydantów prowadziła inkubacja komórek z juglonem, natomiast najsłabsze działanie prooksydacyjne wykazywał lawson. Nieco odmiennych obserwacji dokonano w eksperymentach z użyciem sond fluorescencyjnych, co najprawdopodobniej wynika z ich specyficznego lokalizowania się w obrębie komórek.