Methylglyoxal induces oxidative stress and mitochondrial dysfunction in osteoblastic MC3T3-E1 cells

甲基乙二醛 化学 氧化应激 生物化学 细胞生物学 氧化磷酸化 生物
作者
Kwang Sik Suh,Eun Mi Choi,Sang Youl Rhee,Ye-Jin Kim
出处
期刊:Free Radical Research [Taylor & Francis]
卷期号:48 (2): 206-217 被引量:43
标识
DOI:10.3109/10715762.2013.859387
摘要

Methylglyoxal is a reactive dicarbonyl compound produced by glycolytic processing and identified as a precursor of advanced glycation end products. The elevated methylglyoxal levels in patients with diabetes are believed to contribute to diabetic complications, including bone defects. The objective of this study was to evaluate the effect of methylglyoxal on the function of osteoblastic MC3T3-E1 cells. The data indicated that methylglyoxal decreased osteoblast differentiation and induced osteoblast cytotoxicity. Pretreatment of MC3T3-E1 cells with aminoguanidine (a carbonyl scavenger), Trolox (an antioxidant), and cyclosporin A (a blocker of the mitochondrial permeability transition pore) prevented methylglyoxal-induced cytotoxicity in MC3T3-E1 cells. However, BAPTA/AM (an intracellular Ca2+ chelator) and dantrolene (an inhibitor of endoplasmic reticulum Ca2+ release) did not reverse the cytotoxic effect of methylglyoxal. Methylglyoxal increased the formation of intracellular reactive oxygen species, mitochondrial superoxide, and cardiolipin peroxidation in osteoblastic MC3T3-E1 cells. Methylglyoxal also decreased the mitochondrial membrane potential and intracellular ATP and nitric oxide levels, suggesting that carbonyl stress-induced loss of mitochondrial integrity contributes to the cytotoxicity of methylglyoxal. Furthermore, the results demonstrated that methylglyoxal induced protein adduct formation, inactivation of glyoxalase I, and activation of glyoxalase II. Aminoguanidine reversed all aforementioned effects of methylglyoxal. Taken together, these data support the notion that high methylglyoxal concentrations have detrimental effects on osteoblasts through a mechanism involving oxidative stress and mitochondrial dysfunction.

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