Stress oxi hóa và già hóa

Wulf Droge (2003): “Oxidative stress and aging”, Hypoxia: Through the Lifecycle, edited by R.C. Roach et al. Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York

Link bài gốc: https://drive.google.com/open?id=1tAwUdi2-LALNYD_4naCM4t76yEPd0VsY

Biên dịch: Phạm Ngọc Sơn

Tóm tắt

Các gốc tự do chứa oxi (ROS) thường được các tế bào sống sinh ra, chúng có thể gây ra các thương tổn cho DNA, protein và lipid. “Stress oxi hóa” là khái niệm được dùng khi lượng ROS trong tế bào cao bất thường. Harman là người đầu tiên cho rằng các thương tổn do ROS đóng vai trò quan trọng trong quá trình lão hóa. Các nghiên cứu về di truyền trên các loài C. elegans, Drosophila melanogaster, và chuột đã minh chứng cho giả thiết này. Tuy nhiên, ROS không chỉ gây ra các thương tổn về cấu trúc, chúng còn là các chất trung gian quan trọng trong các con đường tín hiệu sinh học. Khi lượng ROS cao bất thường, có thể dẫn đến bất hoạt các con đường tín hiệu nhạy cảm với trạng thái oxi hóa khử (redox) của tế bào. Các đích nhạy cảm với redox trong các con đường tín hiệu này thường là các protein tín hiệu chứa nhóm cysteine nhạy cảm với redox, amino acid này bị oxi hóa bởi sulfenic acid và tạo thành dạng disulfide, từ đó làm thay đổi chức năng của protein. Do việc hình thành cách dạng disulfide xảy ra trong quá trình dịch chuyển trạng thái oxi hóa khử thiol/disulfide (REDST), do đó, các còn đường tín hiệu không chỉ chịu tác động trực tiếp của ROS mà còn bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi REDST. Không có nhiều thông tin về lượng ROS trong các mô, nhưng lại có nhiều tài liệu về sự thay đổi REDST trong quá trình lão hóa. Nhiều nghiên cứu trên tế bào nuôi cấy hoặc trên động vật thí nghiệm đã chứng minh sự thay đổi trạng thái oxi hóa glutathione REDST nội bào có liên quan đến sự mất hoạt động chức năng của tế bào. Các nghiên cứu trên người cũng chỉ ra sự thay đổi trạng thái oxi hóa REDST trong huyết tương có liên quan đến các bệnh tuổi già. Nhiều bằng chứng cho thấy trong nhiều trường hợp, các thay đổi này làm giới hạn tuổi thọ của con người. Con người đã cố sử dụng các chất chống oxi hóa chứa thiol để giảm thiểu các tác động của quá trình lão hóa, nhưng hướng tiếp cận này đòi hỏi những hiểu biết rõ ràng về ảnh hưởng của các chất chống oxi hóa chứa thiol lên cân bằng cysteine, REDST, và các con đường tín hiệu nhạy cảm redox.

Từ khóa: gốc tự do chứa oxi (ROS), trạng thái redox thiol-disulfide, glutathione, điều hòa redox

Giới thiệu: Vai trò và tác hại của gốc tự do chứa oxi (ROS)

Liên quan đến trạng thái thiếu máu, có thể bắt đầu với thương tổn thiếu máu cục bộ và tái tưới máu do stress oxi hóa tại các mô và có thể gây ra các biến chứng nghiêm trọng trong quá trình ghép tạng, nhồi máu cơ tim và đột quỵ (18, 19). Trạng thái stress oxi hóa xảy ra khi các gốc tự do superoxide trong tế bào tăng cao (1, 9, 12, 13, 25, 32, 33, 35, 41, 42, 55), các gốc tự do này được tạo bởi các enzyme xanthine oxidase (20), và NAD(P)H oxidase (43).

Ở góc nhìn này, chúng ta có thể thấy được các tác hại của superoxide và các gốc tự do chứa oxi (ROS) khác trong bệnh lý thiếu máu và tái tưới máu cũng như các trạng thái stress oxi hóa khác. Tuy nhiên, gốc superoxide và các ROS được hình thành ở đa số các tế bào và mô, chúng làm chất trung gian cho nhiều hoạt động chức năng sinh lý (xem thêm tài liệu 14). Trong điều kiện sinh lý bình thường, superoxide và các ROS đóng vai trò quan trọng cho hệ thống miễn dịch, bảo vệ cơ thể khỏi các mầm bệnh, đồng thời làm chất trung gian cho các con đường tín hiệu. Tác dụng bảo vệ cơ thể khỏi mầm bệnh của ROS chủ yếu là do khả năng phản ứng hóa học mạnh mẽ của chúng. Bên cạnh đó, nhờ các tương tác của ROS với các protein nhạy cảm redox trong các dòng tín hiệu, ROS làm trung gian điều hòa các phản ứng sinh lý (xem thêm tài liệu 14).

Ở các sinh vật bậc cao, ROS tham gia vào rất nhiều các hoạt động sống, khi lượng ROS cao bất thường, chúng gây nên trạng thái “stress oxi hóa”. Khái niệm “stress oxi hóa” thường liên quan đến các thương tổn lên DNA, protein và lipid của ROS. Tuy nhiên, ở khía cạnh điều hóa, ROS cũng gây mất kiểm soát các con đường tín hiệu và có thể làm thay đổi biểu hiện của các gene.

Lý thuyết về mối quan hệ giữa ROS và lão hóa được Harman ghi nhận khoảng 50 năm trước (22), mà trong lý thuyết này, các gốc tự do chủ yếu gây nên các thương tổn về mặt cấu trúc của tế bào và mô. Ngày nay, lý thuyết này vẫn đang được công nhận và mở rộng theo hướng chức năng của stress oxi hóa với sự mất kiểm soát biểu hiện gene.

Vai trò của ROS trong điều hòa redox

Cụm từ “điều hòa redox” được sử dụng để mô tả hoạt động điều hòa các con đường tín hiệu bằng cách thay đổi trạng thái redox. Điều hòa redox được ghi nhận trên nhiều loại tế bào và sinh vật (Xem thêm tài liệu 14). Các gốc tự do chứa oxi sẽ điều hòa các chu trình sinh lý thông qua redox và chủ yếu là điều hòa hoạt động của các enzyme. Đặc biệt, 3 đồng phân của enzyme nitric oxide synthase có thể xúc tác tạo thành gốc nitric oxide từ phân tử oxy và amino acid arginine (44), enzyme NADPH oxidase tạo thành gốc superoxide từ các phân tử oxy (xem thêm tài liệu 14). Hơn nữa, ROS có thể được tạo thành không kiểm soát dưới vai trò là sản phẩm phụ của các phản ứng chuyển hóa. Ở các mô sống, chuỗi vận chuyển điện tử ty thể là nguồn gốc chính, sinh ra ROS (8, 10, 39, 56).

Các gốc superoxide không phải chỉ mang đến các tác hại, như đã nói ở trên, chúng cũng đồng thời tham gia điều hòa biểu hiện của gene, hiện tượng này lần đầu được ghi nhận trong các thí nghiệm miễn dịch năm 1987. Trong các nghiên cứu này, ở tế bào T được tinh sạch, yếu tố tăng trưởng tế bào T interleukin-2 làm tăng lượng superoxide và hydrogen peroxide lên rất cao (46). Các nghiên cứu sâu hơn trên tế bào lympho, quá trình oxi hóa xảy ra nhiều hơn làm thay đổi các phân tử tín hiệu nhạy cảm redox (xem thêm tài liệu 14). Protein tyrosine kinase (PTK) đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các tín hiệu trung gian thụ thể sau khi có các kích thích của kháng nguyên. Hydrogen peroxide có thể tăng cường phản ứng này bằng cách trực tiếp hoạt hóa một số PTK trong chu trình này hoặc ức chế protein tyrosine phosphatase (PTP), trong đó, PTP là một protein làm giảm hoạt độ của PTK. Bằng các bất hoạt các chất ức chế, các gốc tự do làm tăng khả năng oxi hóa của tế bào lympho (xem thêm tài liệu 14). Khi lượng kháng nguyên đủ lớn, tế bào lympho có thể được kích thích ngay cả trong vi môi trường không có tính oxi hóa. Trong điều kiện sinh lý, sau khi tiêm một lượng nhỏ mầm bệnh, đại thực bào và bạch cầu trung tính sẽ sinh hydrogen peroxide trong môi trường viêm nhằm làm tăng dòng tín hiệu và báo hiệu cho tế bào T đáp ứng lại các mầm bệnh này. Trong nhiều trường hợp, cơ chế này giúp cơ thể sống sót khi có mầm bệnh xâm nhập.

Các thụ thể bề mặt khác, ví dụ như thụ thể EGF và thụ thể insulin, chúng không dựa vào lượng ROS được tạo ra bởi các tế bào khác trong vi môi trường, thay vào đó, chúng kích hoạt sinh superoxide và hydrogen peroxide nội bào và do đó, làm tăng dòng tín hiệu. Ví dụ, EGF có khả năng kích thích sinh NA(D)PH oxidase (3) và hydrogen peroxide, từ đó, làm tăng cường độ tín hiệu trung gian bởi thụ thể EGF (57, 14).

Yếu tố phiên mã AP-1 và NF- κB là các yếu tố phiên mã đáp ứng redox. Yếu tố phiên mã AP-1 thường gồm protein c-Fos và c-Jun, và tham gia vào các quá trình biệt hóa. Ở tế bào lympho T, AP-1 điều hòa biểu hiện của gene interleukin-2 và các gene liên quan đến miễn dịch khác. Khả năng hoạt hóa oxi hóa của AP-1 dựa trên phản ứng hoạt hóa oxi hóa của enzyme Jun-N-terminal kinase (JNK) (59), đây là một protein kinase hoạt hóa nguyên bào (MAPK), enzyme này sẽ phosphoryl hóa các gốc serine thứ 63 và 73 ở đầu N của c-Jun, từ đó hoạt hóa yếu tố phiên mã này (xem thêm tài liệu 14).

Yếu tố phiên mã NF- κB tham gia rất nhiều đáp ứng sinh học, ví dụ như các đáp ứng viêm và biểu hiện của gene interleukin-2. NF- κB là yếu tố phiên mã đầu tiên trên nhiều tế bào nhân thực có khả năng đáp ứng trực tiếp với stress oxi hóa (49). NF- κB bị ức chế bởi các chất chống oxi hóa như cysteine (36, 38, 47, 51, 52). Nhiều bằng chứng đã cho thấy, có ít nhất 2 cơ chế giúp hoạt hóa oxi hóa NF- κB. Cơ chế đầu tiên là oxi hóa và phân hủy protein ức chế IκB và cơ chế thứ hai là kích thích tăng cường tín hiệu (48, 23).

Các yếu tố phiên mã nhạy cảm redox như NF- κB và AP-1 đóng vai trò quan trọng trong quá trình stress oxi hóa. Sự hoạt hóa bất thường của MAPK JNK và p38, cũng như các yếu tố phiên mã NF- κB và AP-1 ở tế bào thương tổn thiếu máu cục bộ và tái tưới máu là một ví dụ điển hình cho việc stress oxi hóa ức chế các con đường tín hiệu (11, 28. 34) cũng như các đáp ứng viêm và apoptosis trong điều kiện bệnh lý (26, 50).

Tác động của trạng thái redox thiol/disulfide (REDST) tới các con đường tín hiệu nhạy cảm redox

Trong nhiều trường hợp, sự thay đổi trạng thái REDST nội bào có thể tác động tới các con đường tín hiệu nhạy redox tương tự như hydrogen peroxide (17, 23, 27). Khi tỷ lệ thiol/disulfide dịch chuyển sang phía glutathione, chúng hoạt hóa AP-1 cũng như các dòng tín hiệu khác (17, 23). Tương tự như vậy, sự thay đổi trạng thái REDST có khả năng hoạt hóa yếu tố phiên mã NF- κB thông qua phản ứng phosphoryl hóa protein ức chế IκB-α và hoạt hóa IκB kinase IKKα ở tế bào T (23).

Bằng cách sử dụng chất ức chế enzyme glutathione reductase BCNU, chúng ta đã có thể chứng minh được vai trò của REDST đối với các yếu tố phiên mã quan trọng trong miễn dịch như AP-1 ở tế bào lympho. Nồng độ BCNU trong khoảng 10-100 µM làm tăng lượng glutathione disulfide và làm giảm lượng glutathione dạng khử. Trong điều kiện này, bằng cách sử dụng biểu hiển của gene báo cáo chloramphenicol acetyltransferase (CAT), có thể thấy yếu tố phiên mã AP-1 được kính thích biểu hiện tăng gấp 10 lần (17).

MAPK JNK khống chế quá trình hoạt hóa của yếu tố phiên mã AP-1. Dưới sự kích thích của kháng thể kháng CD3 và kháng CD28, tế bào lympho sẽ sinh ra hydrogen peroxide (31) và xuất hiện hiện tượng dịch chuyển oxi hóa của glutathione REDST (23). Kháng thể kháng CD3 và kháng CD28 tham gia vào quá trình phosphoryl hóa cJun và p38 MAPK, khả năng này có phần giống như BCNU và hydrogen peroxide, nhưng các phân tử này chỉ có thể hoạt hóa các protein tín hiệu (23).

Trong những năm gần đây, chúng ta ngày càng phát hiện ra nhiều cơ chế tín hiệu đáp ứng lại sự thay đổi trạng thái redox của thiol/disulfide bao gồm OxyR của vi khuẩn, hoạt động của enzyme kinase thụ thể insulin, các kinase họ Src, PTP, JNK, con đường tín hiệu p38 MAPK, các yếu tố phiên mã AP-1 và NF-κB, phản ứng khuếch đại các đáp ứng sinh học (xem thêm tài liệu 14).

Ảnh hưởng của REDST đối với các con đường tín hiệu đã được nghiên cứu ở mức độ phân tử, ví dụ như trong hệ thống PTP và OxyR của vi khuẩn. Protein cysteine nhạy cảm redox tham gia vào ức chế PTP ở tâm hoạt động (4-6). Phản ứng oxi hóa sẽ chuyển đổi cysteine thành sulfenic acid và khiến enzyme không hoạt động. Đến lượt mình, sulfenic acid sẽ tương tác với các glutathione để tạo thành hệ protein- glutathione disulfide, đến giai đoạn này enzyme vẫn chưa khôi phục hoạt tính. PTP chỉ được hoạt hóa khi nó bị khử bởi một phân tử glutathione khác. Rõ ràng có thể thấy, phản ứng hoạt hóa và bất hoạt PTP là một phản ứng 2 chiều và phụ thuộc nhiều vào dạng glutathione.

Hệ thống OxyR của vi khuẩn cũng điều hòa biểu hiện của rất nhiều các enzyme tham gia bảo vệ tế bào khỏi stress oxi hóa. Protein OxyR ở vi khuẩn thường biểu hiện ở dạng bất hoạt, khi ở dạng khử, chúng hoạt động như một gốc thiol. Sau khi tương tác với hydrogen peroxide, các gốc thiol này sẽ chuyển hóa thành dạng disulfide và do đó, hoạt hóa protein OxyR, tạo ra các tín hiệu biểu hiện các gene mã hóa cho các enzyme bảo vệ (7, 53, 61). Đặc biệt, sự hoạt hóa oxi hóa của protein này được trung gian bởi sự dịch chuyển oxi hóa REDST (2). Ngược lại với quá trình bất hoạt oxi hóa PTP, quá trình hoạt hóa oxi hóa OxyR là một ví dụ cho thấy phản ứng oxi hóa không chỉ bất hoạt mà còn hoạt hóa enzyme.

Trạng thái REDST và các thay đổi liên quan đến tuổi tác

Rất khó để xác định lượng ROS tạo ra trong các mô sinh học. Trong đa số trường hợp, các nghiên cứu chỉ có thể ghi nhận lại ảnh hưởng của stress oxi hóa, ví dụ như tăng quá trình peroxide hóa lipid, oxi hóa DNA và protein (xem thêm tài liệu 14). Mất khả năng co cơ xương là một trong các dấu hiệu của tuổi già, các nghiên cứu trên khỉ nâu đã cho thấy, hiện tượng này là do các thương tổn oxi hóa trên cơ (60). Trên chuột, các sợi cơ bị thiếu hụt ty thể thường có mức độ tổn thương DNA do oxi hóa cao (58). Tuy nhiên, chúng ta không có những dữ liệu để đánh giá xem các thương tổn này là do quá trình tăng sinh ROS theo tuổi tác hay do sự giảm hoạt động sửa chữa thương tổn do oxi hóa.

Nếu so với định lượng ROS sinh ra in vivo, thì đánh giá sự thay đổi REDST lại có phần dễ thực hiện hơn, rất nhiều phương pháp có thể được sử dụng trên thử nghiệm lâm sàng. Trong nghiên cứu trên 200 người khỏe mạnh cho thấy, sự thay đổi trạng thái redox của huyết tương đã gợi ý, các thay đổi do tuổi tác có thể liên quan đến việc gia tăng lượng cysteine dạng oxi hóa (cystine) và đồng thời giảm lượng thiol trong huyết tương, lượng thiol này tương đương với lượng cysteine dạng khử trong huyết tương (21). Do cystine được hình thành thông qua phản ứng oxi hóa 2 phân tử cysteine, do đó trạng thái REDST sẽ được tính bằng bình phương lượng thiol chia cho lượng cystine. Nghiên cứu hồi quy giữa REDST và tuổi tác cũng chỉ ra REDST giảm gần 4 lần trong giai đoạn từ 30-90 tuổi. Sự chuyển dịch oxi hóa của REDST trong huyết tương theo thời gian cũng có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp pháp khác hoặc được biểu diễn thông qua tỷ số thiol/disulfide.

 Sự suy giảm lượng cysteine trong huyết tương và REDST có liên quan đến các biến đổi hóa học. Ví dụ như albumin, đây là protein nhạy cảm redox nhất trong huyết tương, theo tuổi tác, dạng oxi hóa của albumin tăng lên, kèm theo đó là sự suy giảm lượng albumin tổng số trong huyết tương (xem thêm tài liệu 21). Hơn nữa, do đa số các tế bào sinh dưỡng đều không có hoặc có rất ít khả năng di chuyển nên chúng phụ thuộc rất nhiều vào lượng cysteine dạng khử ở môi trường ngoại bào (xem thêm tài liệu 16). Do đó, sự suy giảm thiol (cysteine) trong huyết tương theo tuổi tác cũng giống như sự suy giảm glutathione và suy giảm hoạt động tổng hợp protein ở các tế bào vào mô theo tuổi tác. Rất nhiều nghiên cứu trên tế bào nuôi cấy và động vật thí nghiệm đều cho thấy hiện tượng giảm lượng glutathione nội bào và/hoặc chuyển dịch oxi hóa REDST liên quan chặt chẽ tới việc mất hoạt động chức năng của tế bào.

Ngược lại với các nghiên cứu trên người, các nghiên cứu trên động vật thí nghiệm lại có những bước tiến trong nghiên cứu mối quan hệ giữa các thay đổi của tế bào theo tuổi tác. Ở động vật, lượng glutathione nội bào cũng như REDST giảm mạnh trong máu tổng số, trong các tế bào bạch cầu đơn nhân, các mô cơ, gan, thận, não và tế bào võng mạc (xem thêm tài liệu 16). Các thay đổi này liên quan đến quá trình stress oxi hóa, bao gồm việc mất hoạt động chức năng của tế bào, ty thể cũng như khả năng sửa chữa của tế bào,

Trên người, sự suy giảm glutathione và REDST cũng được ghi nhận trong máu tổng số, trong tế bào bạch cầu đơn nhân và mô cơ (xem thêm tài liệu 16). Ngoài ra, nhiều báo cáo cũng ghi nhận lượng cysteine (thiol) và REDST trong huyết tương cũng giảm theo tuổi tác. Những thay đổi về REDST trong huyết tương liên quan đến quá trình lão hóa theo thời gian, điều kiện sống và bệnh lý, bao gồm mất khả năng co cơ, các bệnh lý tim mạch, các bệnh ác tính, và giảm lượng albumin trong huyết tương (xem thêm tài liệu 15, 16).

Mối liên hệ di truyền giữa stress oxi hóa và tuổi thọ

Có thể ghi nhận mối liên hệ di truyền giữa stress oxi hóa và tuổi thọ của nhiều loài động vật. Ở loài Caenorhabditis elegans, đột biến gene daf-2 là nguyên nhân làm tăng biểu hiện của enzyme manganese superoxide dismutase (Mn-SOD) (24). Enzyme catalase cũng làm kéo dài tuổi thọ của chủng C. elegans đột biến gene daf-2 và clk-1 (54). Các chủng Drosophila khi được bổ sung các gene mã hóa cho enzyme SOD và catalase cũng có tuổi thọ dài hơn (40, 45). Bên cạnh đó, chủng Drosophila mth cũng có thể sống lâu hơn và tăng khả năng kháng các chất sinh gốc tự do (30). Chuột mang đột biến p66^shc có khả năng chống stress oxi hóa cao hơn và tuổi thọ dài hơn (37), và một nghiên cứu khác trên chuột cũng chứng minh quá trình lão hóa liên quan đến việc tăng biểu hiện của các gene gây stress oxi hóa (29).

Kết luận

Như vậy, các dẫn chứng trên đã đưa ra một giả thiết rằng, quá trình lão hóa là kết quả của stress oxi hóa và chuyển dịch oxi hóa REDST. Các quá trình oxi hóa này không chỉ gây ra các thương tổn cho các cấu trúc của tế bào mà quan trọng hơn, chúng bất hoạt các dòng tín hiệu nhạy cảm redox và tham gia điều hòa biểu hiện gene. Tripeptide glutathione là chất chống oxi hóa thiol quan trọng nhất trong tế bào, và theo tuổi tác, lượng glutathione sẽ giảm xuống và xuất hiện chuyển dịch oxi hóa glutathione REDST ở đa số các tế bào được nghiên cứu. Các thí nghiệm trên động vật cũng là một minh chứng rõ ràng về mối quan hệ giữa sự thay đổi lượng glutathione nội bào hay REDST và quá trình stress oxi hóa. Nhiều công trình trên người cũng đồng thời chứng minh được mối liên hệ giữa sự chuyển dịch oxi hóa theo của tuổi tác của REDST trong huyết tương và các bệnh tuổi già, cũng như tuổi thọ. Các chất chống oxi hóa thiol cũng được cho là có tác dụng làm chậm quá trình lão hóa, nhưng hướng nghiên cứu này cần những bằng chứng cụ thể về tác động của các chất chống oxi hóa chứa thiol tới cân bằng cysteine, REDST, và tới các con đường tín hiệu nhạy cảm redox. Do đó, các loại thuốc và thực phẩm chức năng có thể được sử dụng một cách thận trọng.

Tài liệu tham khảo

1. Allen RG, and Tressini M. Oxidative stress and gene regulation. Free Roo Bioi & Med 28:463- 499,2000.

2. Aslund F, Zheng M, Beckwith J, and Storz G. Regulation of the OxyR transcription factor by hydrogen peroxide and the cellular thiol-disulfide status. Proc Nat! Acad Sci USA 96:6161- 6165,1999.

3. Bae YS, Kang SW, Seo MS, Baines IC, Tekle E, Chock PB, and Rhee SG. Epidermal growth factor (EGF)-induced generation of hydrogen peroxide. J Bioi Chern 272:2 I7 221, 1997.

4. Barford D, Jia Z, and Tonks NK. Protein tyrosine phosphatases take off. Nat Struct Bioi 2: 1043-1053, 1995.

5. Barrett WC, DeGnore JP, Keng Y-F, Zhang Z-Y, Yim MB, and Chock PB Roles of superoxide radical anion in signal transduction mediated by reversible regulation of protein-tyrosine phosphatase lB. J Bioi Chern 274:34543-34546,1999.

6. Barrett WC, DeGnore JP, Konig S, Fales HM, Keng Y-F, Zhang Z-Y, Yim MB, and Chock PB. Regulation ofPTPIB via glutathionylation of the active site cysteine 215. Biochemistry 38: 6699-6705, 1999.

7. Bauer CE, Elsen S, and Bird TH. Mechanisms for redox control of gene expression. Annu Rev MicrobioI53:495-523,1999.

8. Boveris A, Cadenas A, and Stoppani, AD. Role of ubiquinone in the mitochondrial generation of hydrogen peroxide. Biochem J 156:435-444, 1976.

9. Chan PH. Role of oxidants in ischemic brain damage. Stroke 27:1124-1129,1996.

10. Chance B, Sies H, and Boveris A. Hydroperoxide metabolism in mammalian organs. Physiol Rev 59:527-605, 1979.

11. Clerk A, Fuller SJ, Michael A, and Sugden PH. Stimulation of "stress-regulated" mitogen-activated protein kinases (stress-activated protein kinases/c-Jun N-terminal kinase.s and p38-mitogen-activated protein kinases) in perfused rat hearts by oxidative and other stresses. J Bioi Chern 273:7228-7234,1998.

12. Cordis GA, Maulik G, Bagchi D, Riedel W, and Das DK. Detection of oxidative DNA damage to ischemic reperfused rat hearts by 8-hydroxydeoxyguanosine formation. J Mol Cell Cardiol 30: 1939-1944, 1998.

13. Downey JM. Free radicals and their involvement during long-term myocardial ischemia and reperfusion. Annu Rev PhysioI52:487-504, 1990.

14. Droge W. Free radicals in the physiological control of cell function. Physiol Rev 82:47-95, 2002.

15. Droge W. The plasma redox state and ageing. Ageing Res Rev 1:257-278, 2002.

16. Droge W. Aging-related changes in the thiol/disulfide redox state: implications for the use of thiol antioxidants. Exp Gerontol 37: 1333-1345,2002.

17. Gaiter D, Mihm S, and Droge W. Distinct effects of glutathione disulphide on the nuclear transcription factor kappa B and the activator protein-I. Eur J Biochem 221 :639-648, 1994

18. Garcia JH, Lassen NA, Weiller C, Sperling B, and Nakagawara J. Ischemic stroke and incomplete infarction. Stroke 27:761-765, 1996.198 HYPOXIA: THROUGH THE LIFECYCLE Chapter 14

19. Gersh Bl. Current issues in reperfusion therapy. Am 1 Cardiol 82:3P-II P, 1998.

20. Granger DN. Role of xanthine oxidase and granulocytes in ischemia-reperfusion injury. Am J Physiol 255:HI269-HI275, 1988.

21. Hack V, Breitkreutz R, Kinscherf R, Rohrer H, Bartsch P, Taut F, Benner A, and Droge W. The redox state as a correlate of senescence and wasting and as a target for therapeutic intervention. Blood 92:59-67,1998.

22. Harman D. Aging: A theory based on free radical and radiation chemistry. J Gerontol 11 :298- 300,1956.

23. Hehner SP, Breitkreutz R, Shubinsky G, Unsoeld H, Schulze-Osthoff K, Schmitz ML, and Droge W. Enhancement of T cell receptor signaling by a mild oxidative shift in the intracellular thiol pool. 1 Immunol 165:4319-4328, 2000.

24. Honda Y and Honda S. The daf-2 gene network for longevity regulates oxidative stress resistance and Mn-superoxide dismutase gene expression in Caenorhabditis elegans. FASEB J 13: 1385-1393, 1999.

25. laeschke H, Smith CV, and Mitchell lR. Hypoxic damage generates reactive oxygen species in isolated perfused rat liver. Biochem Biophys Res Commun 150:568-574, 1988.

26. Karin M, Liu Z, and Zandi E. AP-I function and regulation. Curr Opin Cell Biol. 9:240-246, 1997.

27. Kuge S. and lones N.YAP-I dependent activation of TRX2 is essential for the response of Saccharomyces cerevisiae to oxidative stress by hydroperoxides. The EMBO J 13:655-664, 1994.

28. Lazou A, Bogoyevitch MA, Clerk A, Fuller Sl, Marshall Cl, and Sugden PH. Regualtion of mitogen-activated protein kinase cascade in adult rat heart preparations in vitro. Circ Res 75: 932-941, 1994.

29. Lee CK, Klopp RG, Weindruch R, and. Prolla TA. Gene expression profile of aging and its retardation by caloric restriction. Science 285: 1390-1393, 1999.

30. Lin, Y-l, Seroude L, and Benzer S. Extended life-span and stress resistance in the drosophila mutant methuselah. Science 282:943-946, 1998.

31. Los M, Schenk H, Hexel K, Baeuerle PA, Droge W, and Schulze-OsthoffK. IL-2 gene expression and NF-kB activation through CD28 requires reactive oxygen production by 5-lipoxygenase. The EMBO 114:3731-3740,1995

32. Maulik N, Engelman RM, Rousou lA, Flack JE, Deaton DW, and Das DK. Ischemic preconditioning suppresses apoptosis by upregulating the antideath gene Bel-2. Surg Forum 49: 209-211, 1998.

33. Maulik N, Sato M, Price BD, and Das D. An essential role ofNFkB in tyrosine kinase signaling ofp38 MAP kinase regulation of myocardial adaptation to ischemia. FEBS Lett 429:365-369, 1998.

34. Maulik N, Yoshida T,. Engelman RM, Deaton DW, Flack lE, Rousou lA and Das DK. Ischemic preconditioning attenuates apoptotic cell death associated with ischemia/reperfusion. Mol Cell Biochem 186: 139-145, 1998.

35. McCord 1M. Oxygen-derived free radicals in postischemic tissue injury. N Engl J Med 312: 159-163,1985.

36. Meyer M, Schreck R, and Baeuerle PA. H20 2 and antioxidants have opposite effects on activation ofNF-kB and AP-I in intact cells: AP-I as secondary antioxidant response factor. EMBO J 12:2005-2015, 1993.

37. Migliaccio E, Giorgio M, Mele S, Pelicci G, Reboldi P, Pandolfi PP, Lanfrancone L, and Pelicci P.G. The p66sh< adaptor protein controls oxidative stress response and life span in mammals. Nature 402:309-313, 1999.

38. Mihm S, Ennen 1, Pessara U, Kurth R, and Droge W. Inhibition of HIV-I replication and NFlCB activity by cysteine and cysteine derivatives. AIDS 5:497-503, 1991.

39. Nohl H, Gille L, Schonheit K, and Liu Y. Conditions allowing redox-cycling ubisemiquinone14. OXIDATIVE STRESS AND AGING 199 in mitochondria to establish a direct redox couple with molecular oxygen. Free Rad Bioi' Med 20:207-213,1996.

40. Orr WC and Sohal RS. Extension of lifespan by overexpression of superoxide dismutase and catalase in Drosophila melanogaster. Science 263: 1128-1130, 1994.

41. Otani H, Engelman RM, Rousou JA, Breyer RH, and Das DK. Enhanced prostaglandin synthesis due to phospholipase breakdown in ischemic reperfused myocardium. Control of its production by a phospholipase inhibitor or free radical scavengers. J Mol Cell Cardiol 18: 953-961, 1986.

42. Otani H, Engelman RM, Rousou JA, Breyer RH, Lemeshow S, and Das DK. Cardiac performance during reperfusion improved by pretreatment with oxygen-free radical scavengers. J Thorac Cardiovasc Surg 91:290-295,1986.

43. Ozaki M, Deshpande SS, Angkeow P, Bellan J, Lowenstein CJ, Dinauer MC, GoldschmidtClermont PJ, and Irani K. Inhibition of the Racl GTPase protects against nonlethal ischemia/reperfusion -induced necrosis and apoptosis in vivo. FASEB J 14:418-429,2000.

44. Palmer RMJ, Rees DD, Ashton DS, and Moncada S. L-arginine is the physiological precursor for the formation of nitric oxide in endothelium dependent relaxation. Biochem Biophys Res Commun 153: 1251-1256, 1988.

45. Parkes TL, Elia AJ, Dickinson D, Hilliker AJ, Boulianne GL, and John P. Extension of Drosophila lifespan by overexpression of human SODI in motomeurons. Nature Genet 19:171- 174,1998.

46. Roth, S. and Droge W. Regulation ofT cell activation and T cell growth factor (TCGF) production by hydrogen peroxide. Cell Immunoll08:417-424, 1987.

47. Schenk H, Klein M, ErdbrUgger W, Droge W, and Schulze-OsthoffK. Distinct effects ofthioredoxin and antioxidants on the activation oftranscription factors NF-KB and AP-1. Proc Natl Acad Sci USA 91:1672-1676,1994.

48. Schoonbroodt S, Legrand-Poels S, Best-Belpomme M, and Piette J. Activation of the NF-KB transcription factor in aT-lymphocytic cell line by hypochlorous acid. Biochem J 321:777- 785,1997.

49. Schreck R, and Baeuerle PA. Reactive oxygen intermediates as apparently widely used messengers in the activation ofNF-KB transcription factor and HIV-1. Trends Cell Bioi 1:39-42, 1991.

50. Schreck R, Rieber P, and Baeuerle PA. Reactive oxygen intermediates as apparently widely used messengers in the activation of the NF-kB transcription factor and HIV-1. EMBO J 10: 2247-2258,1991.

51. Schulze-Osthoff K, Beyaert R, Vandevoorde V, Haegeman G, and Fiers W. Depletion of the mitochondrial transport abrogates the cytotoxic and gene-inductive effects of TNF. EMBO J 12:3095-3104,1993.

52. Staal FIT, Roederer M, Herzenberg LA, and Herzenberg LA. Intracellular thiols regulate activation ofnuelear factor KB and transcription of human immunodeficiency virus. Proc Nat| Acad Sci USA 87:9943-9947, 1990.

53. Storz G, Tartaglia LA, and Ames BN. Transcriptional regulator of oxidative stress-inducible genes: direct activation by oxidation. Science 248: 189-194, 1990.

54. Taub J, Lau JF, Ma C, Hahn JH, Hoque R, Rothblatt J, and Chalfie M. A cytosolic catalase is needed to extend adult lifespan in C. elegans darf-C and elk-l mutants. Nature 399:162-166, 1999.

55. Tosaki A, Bagchi D, Hellegouarch A, Pali T, Cordis GA, and Das DK. Comparisons of ESR and HPLC methods for the detection of hydroxyl radicals in ischemic/reperfused hearts. A relationship between the genesis ofoxygen-free radicals and reperfusion-induced arrhythmias. Biochem Pharmacol 45:961-969, 1993.

56. Turrens JF, Alexandre A, and Lehninger AL. Ubisemiquinone is the election donor for superoxide formation by complex III of heart mitochondria. Arch Biochem Biophys 237:408-414,200 HYPOXIA: THROUGH THE LIFECYCLE Chapter 14 1985.

57. Ushio-Fukai M, Griendling KK, Becker PL, and Alexander RW. Role of reactive oxygen species in angiotensin II-induced transactivation of epidemal growth factor receptor in vascular smooth muscle cells. Circulation 100 (suppl): I-263, 1999.

58. Wanagat J, Cao Z, Pathare P, and Aiken JM. Mitochondrial DNA deletion mutations colocalize with segmental electron transport system abnormalities, muscle fiber atrophy, fiber splitting, and oxidative damage in sarcopenia. FASEB J 15:322-332,2001.

59. Yoshizumi M, Abe J, Haendeler J, Huang Q, and Berk BC. Src and Cas mediate JNK activation but not ERKI/2 and p38 kinases by reactive oxygen species. J Bioi Chern 275:11706-11712, 2000.

60. Zainal TA, Oberley TD, Allison DB, Szweda LI, and Weindruch R. Caloric restriction of rhesus monkeys lowers oxidative damage in skeletal muscle. FASEB J 14:1825-1836,2000.

61. Zheng M, Aslund F, and Storz G. Activation of the OxyR transcription factor by reversible disulfide bond fomration. Science 279: 1718-1721, 1998