Tvorba reaktívnych foriem kyslíku v kožných bunkách

Hana DUCHOVÁ

Bachelor's thesis

Formation of reactive oxygen species in skin cells

Abstract:

The skin plays a pivotal role in many diverse bodily functions / processes, including metabolism, protection, thermoregulation, excretion, and sensation. All while being consistently exposed to both biotic and abiotic forms of environmental stressors. Oxidative stress in the skin is generally related to epidermal and dermal cells. Therefore, these regions are believed to be the most susceptible in terms of oxidative stress generation and damage. It has been experimentally proven that reactive oxygen species (ROS) formed due to environmental fluctuations contribute to the formation of ultra-weak photon emission (UPE) through the oxidation of biomolecules (nucleic acids, proteins, and lipids). More recently, different living system studies (in vitro, in vivo, and ex vivo) have utilized ultra-weak photon detection techniques to study oxidative stress. Two-dimensional photon imaging-centered research has been increasingly drawing attention due to its applicability as a non-invasive tool. Following the exogenous application of hydrogen peroxide (H2O2) and/or Fenton's reagent on skin biopsies we observed a marked difference in the stress-induced and spontaneous ultra-weak photon emission. The results of the study point to triplet carbonyl (3C=O) and singlet oxygen (1O2) being the final emitters. Additionally, an immunoblotting assay was used to further study the carbonyl formation and generation of oxidatively modified protein adducts after the application of H2O2. This study further broadens our understanding of the mechanism underlying the oxidative stress-induced generation of ROS in the skin, along with the contribution/formation of several electronically excited species that could potentially be used as a tool to determine the physiological state of the organism.

Abstract:

Oxidačný stres v koži je vo všeobecnosti spájaný hlavne s epidermálnymi a dermálnymi bunkami. Preto sa predpokladá, že tieto vrstvy sú najnáchylnejšie z hľadiska vzniku a poškodenia oxidačným stresom. Experimentálne sa dokázalo, že reaktívne formy kyslíka (ROS), ktoré vznikajú v dôsledku výkyvov prostredia, prispievajú k tvorbe ultra slabej fotónovej emisie (UPE) prostredníctvom oxidácie biomolekúl (nukleových kyselín, proteínov a lipidov). V posledných rokoch sa v rôznych štúdiách živých systémov (in vitro, in vivo a ex vivo) začali využívať techniky detekcie ultraslabých fotónov na štúdium oxidačného stresu. Výskum zameraný na dvojrozmerné fotónové zobrazovanie priťahuje čoraz väčšiu pozornosť vďaka svojej využiteľnosti ako neinvazívneho nástroja. Po exogénnej aplikácii peroxidu vodíka (H2O2) a/alebo Fentonovho činidla na kožné biopsie sme pozorovali výrazný rozdiel v stresom indukovanej a spontánnej emisii ultraslabých fotónov. Výsledky štúdie poukazujú na to, že konečnými emitentmi sú tripletový karbonyl (3C=O) a singletový kyslík (1O2). Okrem toho, bola na ďalšie štúdium tvorby karbonylov a tvorby oxidačne modifikovaných proteínových aduktov po aplikácii H2O2 použitá imunoblotová analýza. Táto štúdia ďalej rozširuje naše chápanie mechanizmu, ktorý je základom tvorby ROS v koži vyvolanej oxidačným stresom, ako aj účasti/tvorby niekoľkých elektronicky excitovaných druhov, ktoré by potenciálne mohli byť využité ako nástroj pre určenie fyziologického stavu organizmu.

Keywords

prasačia koža, oxidačné radikálové reakcie, CCD zobrazovanie, dvojrozmerné zobrazovanie fotónovej emisie, malondialdehyd, oxidácia biomolekúl, proteínové modifikácie

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Ankush Prasad, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biotechnology and Genetic Engineering / Biotechnology and Genetic Engineering