Молекулярные механизмы действия тиамина (витамина В1) в нервной ткани тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.08, кандидат наук Мкртчян Гарик Варданович

• Мкртчян Гарик Варданович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Мкртчян Гарик Варданович

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Механизмы действия тиамина в нервной ткани

2.1.1. Природные производные тиамина и их внутриклеточная локализация

2.1.2. Механизмы транспорта тиамина и его производных в клетку

2.1.3. Ферменты, участвующие в метаболизме тиамина и его производных

2.1.4. Антагонист ы тиамина

2.1.5. Тиамин как кофактор ферментов центрального метаболизма

2.1.6. Некоферментная роль тиамина в нервной ткани

2.2. ЗНАЧИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ТИАМИНА И ПОИСКА ЕГО НОВЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МИШЕНЕЙ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ПАТОЛОГИЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

2.2.1. Тиамин и заболевания нервной системы

2.2.2. Тиамин и его фармакологические формы для лечения патологий ЦНС

3. МЕТОДЫ

3.1. Материалы

3.2. Эксперименты с использованием клеточных культур

3.2.1. Получение и культивирование первичной культуры астроцитов из мозга крысы

3.2.2. Культивирование мышиной линии нейробластомы (N2A)

3.2.3. Подсчет количества клеток в полученных культурах

3.2.4. Используемые клеточные модели патологий

3.2.5. Измерение клеточной жизнеспособности

3.3. Пробоподготовка биологических образцов

3.3.1. Приготовление метанол-уксусных экстрактов из клеточных культур

3.3.2. Приготовление метанол-уксусных экстрактов из коры головного мозга крыс

3.3.3. Приготовление клеточных лизатов для анализа ферментативных активностей

3.3.4. Приготовление гомогенатов мозга для анализа ферментативных активностей

3.4. Высокоэффективная жидкостная хроматография для анализа уровней тиамина и его производных

3.5. Количественное определение глутамата как индикатора функции ОГДК и основного возбуждающего нейромедиатора мозга

3.6. Идентификация тиамин--зависимых белков мозга методом аффинной ХРОМАТОГРАФИИ И МАСС-спектрометрии

3.7. Фракционирование тканей

3.7.1. Выделение митохондриальной и цитоплазматической фракций из мозга крыс

3.7.2. Выделение митохондриальной и цитоплазматической фракции из печени крыс

3.8. Определение концентрации общего белка

3.9. Измерение дыхания сопряженных митохондрий in vitro

3.10. ДСН-электрофорез в ПААГ и иммуноблоттинг

3.11. Эксперименты на животных

3.11.1. Введение сукцинилфосфоната и тиамина интактным крысам

3.11.2. Модель тяжелой травмы спинного мозга

3.11.3. Краткосрочная модель острой травмы головного мозга

3.12. Измерения активностей ферментов

3.12.1. 2-оксоглутарат- и 2-оксоадипатдегидрогеназный комплекс

3.12.2. Глутаматдегидрогеназа

3.12.3. Малатдегидрогеназа

3.12.4. Малик-фермент

3.12.5. Пиридоксалькиназа

3.12.6. Пируватдегидрогеназный комплекс

3.13. Ацетилирование глутаматдегидрогеназы in vitro

3.14. Биоинформатические методы анализа

3.14.1. Биоинформатическийресурс "DAVID"

3.14.2. База данных "PANTHER "

3.14.3. Анализ экспрессии ферментов с использованием базы данных GEO

3.15. Статистический анализ результатов

4. РЕЗУЛЬТАТЫ

4.1. Увеличение транспорта тиамина в клетку вследствие снижения функции ТДФ-зависимых ферментов

4.1.1. Астроциты и нейробластомные клетки отличаются содержанием тиамина и его производных

4.1.2. Уровни транскриптов мРНК тиамин-зависимых и функционально связанных с ними белков в нейробластомных клетках и астроцитах

4.1.3. Ингибитор ОГДГК сукцинилфосфонат вызывает увеличение содержания тиаминовых производных в астроцитах и мозге крыс, но не в нейробластомных клетках

4.2. Функция белков, метаболически связанных с ТДФ-зависимыми дегидрогеназами 2-оксокислот, зависит от тиамина и/или его производных

4.2.1. Изменения в активностях малатдегидрогеназы и глутаматдегидрогеназы мозга при введении высоких доз тиамина животным

4.2.2. Изменения активностей глутаминсинтетазы и малатдегидрогеназы в клеточной модели дефицита тиамина

4.2.3. Тиамин- и ТДФ-зависимая регуляция митохондриального дыхания и ферментов центрального метаболизма митохондрий, связанных с ТДФ-зависимыми ферментами

4.2.4. Некоферментный тип регуляции тиамином и/или его производными исследуемых ферментов in vitro

4.3. Биоинформатический анализ массивов данных по масс-спектрометрической идентификации белков мозга, связывающихся с аффинными носителями, содержащими тиамин или его производные

4.3.1. Сравнение протеомов, элюированных с тиамин-содержащего носителя путем специфической элюции тиамином и неспецифической элюции хлоридом натрия и мочевиной

4.3.2. «Ацетилирование» как наиболее представленный термин аннотации протеомов тиамин-зависимых белков

4.3.3. Идентификация известных тиамин- и ТДФ-связывающих белков в исследуемых протеомах

4.4. Экспериментальное исследование действия тиамина на процессы регуляторного ацетилирования

4.4.1. Введение высоких доз тиамина приводит к увеличению митохондриальной деацетилазы сиртуина 3 и активности глутаматдегидрогеназы в мозге

4.4.2. In vitro ацетилирование глутаматдегидрогеназы и малатдегидрогеназы митохондрий мозга

4.5. Тиамин-зависимая регуляция ацетилирования связана с циркадными ритмами

4.5.1. Влияние дневных ритмов животных на экспрессию сиртуина 3 и ее регуляцию под действием тиамина

4.5.2. Влияние тиамина на дневные ритмы ацетилирования глутаматдегидрогеназы в мозге животных

4.6. КОФЕРМЕНТНОЕ И НЕКОФЕРМЕНТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТИАМИНА ВОВЛЕЧЕНЫ В ЕГО НЕЙРОПРОТЕКТОРНЫЙ ЭФФЕКТ ПРИ ТРАВМАТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ МОЗГА

4.6.1. Защитное действие тиамина при острой черепно-мозговой травме

4.6.2. Защитное действие тиамина при спинно-мозговой травме

5. ОБСУЖДЕНИЕ

5.1. Тиамин и устойчивость клеток при метаболическом стрессе

5.2. Новые ферменты-мишени тиаминовых соединений метаболически связаны с

ТДФ-ЗАВИСИМЫМИ ФЕРМЕНТАМИ

5.3. Биологическая роль тиаминовой регуляции ацетилирования белков

5.3.1. Регуляторное действие тиамина in vivo через стимуляцию деацетилирования ферментов

5.3.2. Связь тиамина и циркадныхритмов

5.4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ТИАМИНА КАК НЕЙРОПРОТЕКТОРА ПРИ ТРАВМАТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ МОЗГА

6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

7. БЛАГОДАРНОСТИ

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Список используемых сокращений

BBB - Basso, Beattie, Bresnahan Locomotor Rating Scale

PBS - фосфатно-солевой буфер

E.Coli - Escherichia coli

GEO - gene expression omnibus

MTT - 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide

N2A - neuro-2a neuroblastoma cell line

TOF - time of flight

SDS - додецилсульфат натрия

АДФ - аденозиндифосфат

АК1 - аденилаткиназа

АМФ - аденозинмонофосфат

АТФ - аденозинтрифосфат

АФА - активные формы азота

АФК - активные формы кислорода

АТДФ - аденилированный тиаминдифосфат

АТТФ - аденилированный тиаминтрифосфат

БСА - бычий сывороточный альбумин

ВЭЖХ - высоко-эффективная жидкостная хроматография

ГАМК - гамма-аминомасляная кислота

ГДГ - глутаматдегидрогеназа

ГТФ - гуанозинтрифосфат

Децилтиазолий - (3-децилоксикарбонилметил-4-метил-5-(2-гидроксиэтил)тиазолий ДТТ - дитиотреитол

КДГРОК - комплекс дегидрогеназ разветвленных 2-оксокислот

МБА - метилен-бис-акриламид

МДГ - малатдегидрогеназа

МБА - метилен-бис-акриламид

МОПС - 3-(№морфолино)-пропансульфонат

МС - масс-спектрометрия

НАМ - никотинамид

НАД+ - никотинамидадениндинуклеотид (окисленный) НАДН - никотинамидадениндинуклеотид (восстановленный) ОА - оксалоацетат

ОАДГК - 2-оксоадипатдегидрогеназный комплекс

2-ОГ - 2-оксоглутарат

ОГДГ - 2-оксоглутаратдегидрогеназа

ОГДГК - 2-оксоглутаратдегидрогеназный комплекс

ПДГ - пируватдегидрогеназа

ПДГК - пируватдегидрогеназный комплекс

ПЛК - пиридоксалькиназа

ПСА - персульфат аммония

СФ - сукцинилфосфонат

ТД - тиаминовый дефицит

ТДФ - тиаминдифосфат

ТМФ - тиаминмонофосфат

Трис - трис(гидроксиметил)аминометан

ТТФ - тиаминтрифосфат

УТФ - уридинтрифосфат

ХЕПЕС - 4-(2-гидроксиэтил)-1 -пиперазинэтансульфоновая кислота

ЦНС - центральная нервная система

ЦТК - цикл трикарбоновых кислот

ЦТФ - цитозинтрифосфат

ЧМТ - черепно-мозговая травма

ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молекулярные механизмы действия тиамина (витамина В1) в нервной ткани»

1. Введение

Актуальность работы. В медицинской практике высокие дозы тиамина (витамина В1) применяются для терапии ряда заболеваний нервной системы. Наблюдаемые положительные эффекты тиамина обычно интерпретируются как улучшение центрального метаболизма благодаря коферментной роли тиаминдифосфата (ТДФ) в реакциях, катализируемой транскетолазой, пируватдегидрогеназой (ПДГ) и 2-оксоглутаратдегидрогеназой (ОГДГ). Однако терапевтическая значимость доз тиамина, существенно превышающих необходимые для его коферментной функции, указывает на дополнительные молекулярные механизмы действия тиамина. Действительно, ряд данных свидетельствует о том, что функция тиамина не ограничивается его коферментным действием. Во-первых, улучшение мозговых функций организма при введении высоких доз тиамина не всегда коррелирует с увеличением уровня ТДФ и/или ТДФ-зависимых ферментов (Haas 1988, Parkhomenko et al. 1996, Vignisse et al. 2017). Во-вторых, во всех классах живых организмов, включая млекопитающих и человека, обнаружен синтез некоферментных производных тиамина, таких как тиаминтрифосфат (ТТФ) и аденилированный тиаминтрифосфат (АТТФ) (Frederich et al. 2009, Bettendorff et al. 2007, Gangolf et al. 2010a). В-третьих, известны взаимодействующие с этими и другими производными тиамина белки, отличные от ТДФ-зависимых ферментов и ферментов метаболизма тиамина (McLure et al. 2004, Nghiem et al. 2000, Kim et al. 2015, Tanaka et al. 2011). В силу перечисленных причин, выявление механизмов терапевтического действия тиаминовых соединений, помимо кофермента ТДФ, а также идентификация новых белковых мишеней тиамина, вовлеченных в действие тиамина в нервной ткани, является актуальной задачей. Ее решение позволит создать усовершенствованные фармакологические формы тиамина на основе более полных, чем существующие, представлений о молекулярных механизмах действия тиамина и его природных производных. Поиск низкомолекулярных природных регуляторов свойств клеток является актуальным и для решения проблем инженерии тканей (Aravamudhan et al. 2013).

Степень разработанности темы. При постановке целей и задач данного исследования мы учитывали ряд данных, показывающих участие тиамина в процессах, не связанных напрямую с ТДФ-зависимыми ферментами. Например, уровни тиамина и его производных могут зависеть от некоторых микроРНК, которые регулируют экспрессию тиаминовых транспортеров и тиаминдифосфокиназы (Kim et al. 2015). У животных тиамин и/или ТДФ могут регулировать активность онкосупрессора p53. Было показано, что тиаминовый транспортер THTR-1 является мишенью р53 (Lo et al. 2001), связывание которого с ДНК ингибируется ТДФ in vitro, а тиамин при этом ингибирует внутриклеточную активность p53 (McLure et al. 2004). Существуют данные о некоферментном связывании тиамина и его производных с такими

важными для патофизиологии нервной системы белками как прион и PARP1 (Tanaka et al. 2011, Pagadala et al. 2013), а участвующий в ацетилхолиновой нейротрансмиссии белок рапсин может подвергаться ТТФ-зависимому фосфорилированию (Nghiem et al. 2000). При этом известно, что при нейродегенеративных заболеваниях нередко наблюдается дефицит тиамина, который сопровождается и другими механизмами инактивации ТДФ-зависимых ферментов, например, вследствие окислительного стресса (Liu et al. 2017, Gibson et al. 2005). Однако вопрос о взаимосвязи между функцией ТДФ-зависимых ферментов и транспортом тиамина не изучен. Данная работа исследует эту проблему в модельной системе культивируемых клеток. Кроме того, в работе проводится поиск как новых белков мозга, которые связывают тиамин по некоферментному типу, так и ассоциированных с ними путей, через которые может реализовываться действие тиамина в нервной ткани. Наконец, в диссертационной работе анализируется роль новых молекулярных механизмов некоферментного действия тиамина в нейропротекторном эффекте тиамина в животных моделях травматических повреждений мозга.

Цели и задачи. Цель данной работы заключается в выявлении молекулярных механизмов некоферментного действия тиамина для направленной регуляции тиамин-зависимых функций мозга. В соответствии с целью работы, были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать механизмы сопряжения функции ТДФ-зависимых ферментов с метаболизмом тиамина.

2. Определить мишени и механизмы некоферментного типа регуляции тиамином и/или его производными ферментов, связанных с ТДФ-зависимыми ферментами, в экспериментальных моделях действия тиамина in vivo, in situ и in vitro.

3. Использовать биоинформатические методы анализа массивов данных по белкам мозга, связывающихся на тиамин-содержащих носителях, для идентификации потенциальных путей некоферментного действия тиамина.

4. Провести экспериментальную проверку биоинформатических предсказаний в моделях действия тиамина in vivo.

5. Определить нейропротекторный потенциал охарактеризованных механизмов действия тиамина в животных моделях травматических поражений мозга.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. В работе обнаружены новые молекулярные механизмы действия тиамина, отличные от его хорошо известной коферментной функции. Впервые показано, что недостаток функций ТДФ-зависимых ферментов может компенсироваться повышением транспорта тиамина в клетку для увеличения насыщения ферментов их кофактором ТДФ. Обнаружен ряд ферментов, связанных с функцией ТДФ-зависимых дегидрогеназ 2-оксокислот, которые регулируются путем

некоферментного связывания тиамина или его производных. Впервые показана регуляция глутаминсинтетазы и взаимодействующей с ТДФ-зависимым 2-оксоглутаратдегидрогеназным комплексом (оГДГк) глутаматдегидрогеназы с некоферментными производными тиамина, ТТФ и АТТФ. Установлено, что действие тиамина в мозге вовлечено в процессы ацетилирования/деацетилирования. Охарактеризован неизвестный ранее механизм действия тиамина в мозге, который включает повышение экспрессии сиртуина 3 и деацетилирование глутаматдегидрогеназы, приводящее к увеличению ферментативной активности этого ключевого фермента метаболизма нейромедиаторов. Показано, что наряду с защитным действием тиамина на ТДФ-зависимую ОГДГ и дыхание митохондрий, положительные эффекты высоких доз тиамина в животных моделях травматических поражений мозга сопровождаются активацией сиртуина 3 и глутаматдегидрогеназы. Положения, выносимые на защиту:

1. Ингибирование ТДФ-зависимого ОГДГК может приводить к увеличению транспорта тиамина из среды культивирования клеток. Активно пролиферирующие клетки характеризуются высоким содержанием кофермента ТДФ, которое при стандартной концентрации тиамина в среде не позволяет увеличить насыщение оГДГ коферментом за счет дополнительного транспорта тиамина при понижении функции оГДГк. Напротив, менее высокое содержание внутриклеточного ТДФ сопряжено с существованием латентной формы (апофермента) оГДГк и возможностью компенсаторного усиления транспорта тиамина в клетку при ингибировании оГДГк.

2. Тиамин и/или его биологические производные регулируют не только ТДФ-зависимые ферменты, но и ряд функционально связанных с ними белков. В системах in vitro тиамин активирует митохондриальную и цитоплазматическую малатдегидрогеназы и ингибирует пиридоксалькиназу. Некоферментные производные тиамина, ТТФ и АТТФ, регулируют активность глутаматдегидрогеназы и глутаминсинтетазы.

3. Одним из наиболее обогащенных терминов аннотации, объединяющих тиамин-зависимые белки мозга и их гетерологические белок-белковые комплексы, является пост-трансляционная модификация «ацетилирование».

4. Тиамин действует на процессы ацетилирования в мозге через повышение экспрессии митохондриальной деацетилазы сиртуина 3 и деацетилирование глутаматдегидрогеназы с увеличением ее ферментативной активности. Тиамин-зависимые изменения уровня ацетилирования и активности глутаматдегидрогеназы в мозге связаны с дневными ритмами животных.

5. В нейропротекторное действие тиамина при травматических поражениях мозга вносят вклад как коферментная, так и некоферментная функции тиамина. коферментная роль

тиамина состоит в защите ТДФ-зависимой ОГДГ и митохондриального дыхания от инактивации, наблюдаемой в острой фазе травм мозга. Некоферментная функция тиамина включает долгосрочное увеличение сиртуина 3 и активности глутаматдегидрогеназы в мозге травмированных животных, которым был введен тиамин, по сравнению с таковыми без тиамина.

Теоретическая и практическая ценность работы. Результаты работы имеют как теоретическую, так и практическую значимость для биоинженерии. Полученные данные вносят существенный вклад в понимание молекулярных механизмов некоферментного действия тиамина в нервной ткани, обосновывают необходимость применения высоких доз тиамина для лечения неврологических патологий и могут быть использованы для разработки новых технологий эффективного лечения патологий мозга, связанных с повышенной потребностью в тиамине и/или пониженным уровнем тиамина. Результаты диссертационной работы об увеличении тиамином экспрессии сиртуина 3 расширяют список низкомолекулярных соединений для индукции дифференцировки клеток в инженерии тканей, где уже используют с этой целью активацию сиртуинов с помощью ресвератрола (Aravamudhan et al. 2013). В ходе выполнения данного исследования оптимизированы и разработаны методы, потенциально применимые в медицине для экспресс-диагностики биоматериала. К ним относятся метод количественного определения тиаминовых соединений, методики анализа ферментативных активностей в гомогенатах тканей, а также энзиматический метод количественного определения уровня глутамата в биологических жидкостях сложного состава.

Методология диссертационного исследования. Для определения молекулярных механизмов и новых мишеней действия тиамина использованы передовые для современного этапа развития биоинженерии методы биохимии и клеточной биологии, дополненные биоинформатическим анализом. Основные методы данной работы включают: кинетический анализ взаимодействия идентифицированных белков с тиамином и его аналогами in vitro; характеристику активностей изучаемых ферментов в моделях метаболического стресса в клеточных системах и животных экспериментах; определение уровня тиамина и его производных с помощью высоко-эффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), анализ функций и взаимодействий связавшихся на тиамин-содержащих носителях белков мозга с помощью биоинформатических ресурсов DAVID и PANTHER; анализ относительной экспрессии генов с использованием базы данных GEO (gene expression omnibus); иммунохимические методы анализа для исследования регуляции ацетилирования тиамином; анализ параметров дыхания митохондрий методами респирометрии с высокой разрешающей способностью; использование животных моделей травматических поражений мозга для исследования нейропротекторного действия тиамина.

Личный вклад соискателя. Основные результаты работы были получены соискателем. Личный вклад также заключается в планировании и проведении экспериментов, в обработке и интерпретации результатов, подготовке публикаций. Аффинная хроматография была выполнена в сотрудничестве с группой д.б.н. Пархоменко Ю. (Украина); масс-спектрометрический анализ проводил д.х.н. Кэне Т. (Германия); введение веществ крысам проводилось группой к.б.н. Граф А. (Россия); группа проф. Шефер У. (Австрия) моделировала травму головного мозга крыс; группа к.б.н. Рябова С. (Россия) моделировала травму спинного мозга крыс и проводила физиологическое тестирование. Клеточные эксперименты были проведены в сотрудничестве с проф. Беттендорффом Л. (Бельгия).

Степень достоверности результатов. Достоверность результатов определяется применением статистического анализа и публикацией результатов в рецензируемых журналах.

Апробация результатов. Работа была апробирована на заседании отдела биокинетики НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ 29 июня 2017 г. Результаты работы были представлены в виде докладов на ученом совете НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ в

2013 и 2016 гг, а также на российских и международных конференциях: AEN Summit, Летбридж (Канада) в 2017 г.; 40th Conference on SHOCK, Флорида (США) в 2017 г.; XXVIII Зимняя молодежная научная школа, Москва (РФ) в 2017 г.; FENS-SfN Summer School, Бертиноро (Италия) в 2015 г.; Научная конференция в рамках встречи стипендиатов Alexander von Humbolt, Москва (РФ) в 2014 г.; 13th World Congress of HUPO, Мадрид (Испания) в 2014 г.; The 8th Conference on Thiamine, Льеж (Бельгия) в 2014 г.; Keystone Symposia, Колорадо (США) в

2014 г.; 27th ECNP Congress, Берлин (Германия) в 2014 г.; 9th FENS forum, Минан (Италия) в 2013 г.; The 11th conference on AD/PD™, Флоренция (Италия) в 2013 г.; 8th FENS forum, Барселона (Испания) в 2012 г.; «Ломоносов-2011», Москва (РФ) в 2011 г.; Конференция памяти Alexander von Humbolt, Санкт-Петербург (РФ) в 2011 г.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано девять статей в рецензируемых российских и международных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science, SCOPUS или в WoS Emerging Sources; пятнадцать материалов отечественных и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает следующие разделы: «список используемых сокращений», «введение», «обзор литературы», «методы», «результаты», «обсуждение», «основные результаты и выводы» и «список литературы», включающий 239 ссылок. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста и содержит 37 рисунков и 4 таблицы.

2. Обзор литературы

2.1. Механизмы действия тиамина в нервной ткани

Тиамин (витамин В1) является незаменимым водорастворимым витамином и широко используется в качестве фармакологического препарата при лечении неврологических расстройств. В организм млекопитающих тиамин попадает экзогенным путем, в то время как у растений и различных микроорганизмов тиамин синтезируется de novo. Молекула тиамина включает два гетероцикла - аминопиримидиновый и тиазолиевый, соединенные метиленовым мостиком (Рис. 2.1).

Рисунок 2.1. Структурная формула молекулы тиамина. I - аминопиримидиновое кольцо (4-амино-2-метил-5-гидроксиметилпиримидин); II - тиазолиевое кольцо (4-метил-5-(2-гидроксиэтил)-тиазол).

Гидроксильная группа тиазолиевого кольца (Рис. 2.1) in vivo подвергается фосфорилированию для синтеза различных природных производных тиамина (Bettendorff & Wins 1999, Gangolf et al. 2010a).

Молекула тиамина обладает несколькими сайтами, которые могут окисляться и дают возможность избавляться от активных форм кислорода (АФК) и азота (АФА). Такие антиоксидантные свойства скорее всего проявляются при добавлении высоких концентраций тиамина или его производных в культуральную среду или при введении высоких доз тиамина животным (Bunik & Aleshin 2017). Так, например, тиамин может интерферировать и ингибировать образование динитротирозина, катализируемого оксоферрильными формами гемоглобина (Parkhomenko et al. 2012, Stepuro et al. 2008). Однако такие эффекты могут приводить к уменьшению общего тиаминового пула клетки, как это было показано в экспериментах с использованием радиации (Parkhomenko et al. 2015). Окисление тиольной формы тиамина служит одним из методов количественного определения тиамина и его производных в исследуемых тканях (Bettendorff et al. 1991, Gangolf et al. 2010a).

В настоящее время биологическое действие тиамина в организме млекопитающих связывают с функцией мозга. Так, первые эксперименты по исследованию взаимосвязи тиамина и функционирования нервной системы проводились в начале ХХ века. Первые наблюдения показали (von Muralt 1958, von Muralt 1947, Minz 1938), что большое количество тиамина совместно с ацетилхолином высвобождается в синаптическую щель (Parkhomenko et al. 1996). Позже было продемонстрировано (Peters 1963), что при дефиците тиамина у млекопитающих наблюдается судорожная поза с резким выгибанием спины, запрокидыванием головы назад, вытягиванием ног, сгибанием рук, позже названным опистотонус. У млекопитающих такое состояние через несколько дней приводило к смерти. Симптомами дефицита тиамина у человека являются апатия, ухудшение памяти, отсутствие активности и ипохондрия. У людей одна из основных патологий, вызванных дефицитом тиамина, служит синдром Вернике-Корсакова (Haas 1988, Liu et al. 2017). Острый дефицит тиамина сопровождается судорогами, параличом и заканчивается гибелью. Более того, большое количество данных свидетельствует о том, что дефицит тиамина связан с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона (Liu et al. 2017). Все эти поражения нервной системы при дефиците тиамина однозначно указывают на его существенное значение для функционирования мозга. Такая значимость витамина В1 в ЦНС хорошо согласуется с тем, что его высокие дозы приводят к улучшению ряда когнитивных и локомоторных функций у пациентов, страдающих нейродегенеративными заболеваниями (Costantini & Fancellu 2016, Costantini et al. 2013a, Costantini et al. 2013b, Lonsdale 2006, Pan et al. 2010, Bunik 2014). В защитное действие тиамина могут быть вовлечены как его природные производные, так и взаимодействующие с ними белки-мишени, описанные ниже.

2.1.1. Природные производные тиамина и их внутриклеточная локализация

На сегодняшний момент известно, что в клетке тиамин присутствует не только в его свободной форме, но и в виде дифосфорилированных производных (Bettendorff et al. 1991, Bettendorff & Wins 1999, Gangolf et al. 2010a). Такими производными тиамина являются тиаминмонофосфат (ТМФ), ТДФ, ТТФ, а также недавно идентифицированные аденилированные производные тиамин ди- и три-фосфата (АТДФ и АТТФ) (Bettendorff et al. 2007). Структурные формулы тиамина и его производных представлены на Рис. 2.2.

Рисунок 2.2. Структурные формулы природных производных тиамина. Структуры были взяты из (Бишк гг а1. 2013).

Содержание различных производных тиамина, составляющих тиаминовый пул клетки, зависит как от исследуемой ткани, так и от конкретного организма. Так, известно, что в большинстве случаев около 90% тиамина присутствует в виде дифосфатного эфира, ТДФ (Gangolf et al. 2010a). Ключевая роль дифосфорилированного производного тиамина в животных клетках определяется его ролью в качестве кофактора ферментов центрального метаболизма глюкозы. Основное количество ТДФ транспортируется в митохондрии, где он взаимодействует с пируватдегидрогеназным комплексом (ПДГК), ОГДГК и комплексом дегидрогеназ 2-оксокислот с разветвленной цепью (КДГРОК). В среднем, количество ТДФ в разных тканях варьирует от 20 до 150 пикомоль на мг белка.

У бактерий и некоторых растений регуляция уровня ТДФ контролируется на генетическом уровне с участием ТДФ-рибосвича. Было показано, что мРНК генов, кодирующих ферменты синтеза ТДФ, содержат консервативную нуклеотидную последовательность в 5'-UTR области (домен thi-box), способную специфическим образом связывать ТДФ, чтобы регулировать синтез тиамина и ТДФ за счет воздействия на трансляцию мРНК соответствующих генов (Bocobza et al. 2013, Miranda-Rios et al. 2001).

В то время как в большинстве животных клеток основной процент тиаминового пула приходится на ТДФ, в некоторых организмах такое соотношение сильно меняется. Так, например, в скелетных мышцах свиньи и курицы, а также у электрического угря Electrophorus electricus в больших количествах определяется трифосфорилированное производное тиамина, ТТФ, биологическая функция которого до сих пор не охарактеризована (Bettendorff & Wins 1999, Egi et al. 1992, Miyoshi et al. 1990, Egi et al. 1986). В мозге у млекопитающих содержание ТТФ не превышает 1% от общей концентрации тиамина (Bettendorff et al. 1986). В мозге крысы

уровень ТТФ достоверно выше в стволе по сравнению с мозжечком или корой больших полушарий (Gangolf et al. 2010a).

Первые попытки детектировать ТТФ в животных клетках были сделаны на печени крысы (Rossi Fanelli et al. 1953, Rossi-Fanelli et al. 1952). Однако достоверность определения ТТФ была под сомнением, так как до конца ХХ века производные тиамина разделяли с помощью метода бумажной хроматографии, используя реакцию окисления тиамина до тиохрома (Cooper & Pincus 1979, Itokawa & Cooper 1970). Развитие метода высокоэффективной жидкостной хроматографии позволило детектировать данное производное в биологических образцах (Bettendorff et al. 2014). В 60х года ХХ века Купер и его коллеги показали, что количество ТТФ достоверно падает в мозге у пациентов с болезнью Лея и миелоэнцефалопатией (Cooper et al. 1969, Pincus et al. 1976). Для исследования биологической роли ТТФ была предложена гипотеза об участи данного производного в качестве кофактора ферментов, схожая с ролью ТДФ. Некоторые данные показали, что ТТФ частично может выполнять роль ТДФ и активировать ТДФ-зависимые ферменты центрального метаболизма (De La Fuente & Diaz-Cadavieci 1954, Velluz et al. 1949). Было предложено, что ТТФ, как и АТФ может фосфорилировать гистоны (Greiling & Kiesow 1958). Однако эти данные позже были опровергнуты, ссылаясь на качество использованного фермента (чистота) и/или его субстратов (Yusa 1962).

Содержание монофосфорного эфира тиамина, ТМФ, в мозге колеблется от 2 до 15 пикомоль на мг белка. ТМФ является единственным фосфатным производным тиамина, идентифицированным в плазме крови.

Исследования недавно открытых аденилированных производных тиамина показали, что в мозге содержание АТТФ не превышает 0.1 пикомоль на мг белка. В клеточных культурах линии SK-N-BE и в мышиных нейробластомных клетках уровень АТТФ колеблется от 0.07 до 4 пикомоль на мг белка. Самое большое количество АТТФ определено в человеческой линии клеток LN-18 и колеблется в пределах 20 пикомоль на мг белка (Gangolf et al. 2010a). Данное производное недавно было идентифицировано в животных и клеточных моделях, но его биологическая функция пока еще не изучена.

Эксперименты по исследованию внутриклеточной локализации тиамина и его производных показали, что тиамин и его моно- и ди-фосфорные эфиры присутствуют как в растворимых, так и в мембранных фракциях мозга, почек, печени и скелетных мышц. В печени ТТФ распределяется приблизительно в равной степени в мембранных и растворимых фракциях, а в сердце и мозге локализован преимущественно в мембранных фракциях (Matsuda et al. 1989). Разделение гомогенатов мозга крысы методом дифференциального центрифугирования показало, что тиамин и ТМФ распределяются в основном в цитозольной фракции, ТДФ в

митохондриях (Bettendorff et al. 1994). Как было сказано выше, внутриклеточная локализация ТТФ зависит от конкретного организма и от исследуемого типа ткани. Недавние исследования показали, что ТТФ существует не только у млекопитающих, но и у большинства других организмов, таких как бактерии и грибы (Makarchikov et al. 2003). В электрическом органе Electrophorus electricus 96% ТТФ найдено в цитозольной фракции и не было связано с белком (Bettendorff et al. 1987). В первичных клеточных культурах содержание ТТФ в пять раз выше в гранулярных клетках мозжечка по сравнению с астроцитами (Bettendorff et al. 1991), но до сих пор отсутствуют доказательства в пользу того, что ТТФ преимущественно ассоциирован с нейронами. В мозге крысы наибольший уровень ТТФ был детектирован в синаптосомах. Высокое содержание ТТФ было обнаружено в митохондриальной фракции и незначительное количество определялось в цитозоле (Bettendorff 1994, Gangolf et al. 2010b, Bettendorff et al. 1994).

2.1.2. Механизмы транспорта тиамина и его производных в клетку

Тиамин и ТМФ проникают в нервную ткань через гематоэнцефалический барьер посредством активного транспорта (Rindi et al. 2003, Bunik et al. 2013). У млекопитающих хорошо охарактеризованы два клеточных транспортера тиамина - SLC19A2 (Кщ = 2.5 Х 10-6 M) и SLC19A3 (Кщ = 2.7 Х 10-6 M) (Dutta et al. 1999, Said et al. 2004). В цитоплазме тиамин дифосфорилируется и превращается в ТДФ (Leder 1975). ТДФ проникает в митохондрии с помощью хорошо изученного транспортера ТДФ, SLC25A19. Было показано, что выход ТМФ и ТДФ из клетки может осуществляться в обмен на фолат через его переносчик - SLC19A1 (Zhao et al. 2001). Дополнительно известен транспортер тиамина из семейства органических катионов SLC22A1 (OCT1) (Lemos, 2012, Chen 2014, 39, 110) и недавно идентифицированный тиаминовый транспортер SLC35F3, ассоциированный с гипертензией у человека (Zhang et al. 2014). Транспорт тиамина через OCT1 может влиять на транспорт метформина в печени (Liang et al. 2015). Также транспорт метформина может осуществляться через транспортер тиамина SLC19A3. Конкурентный перенос тиамина и метформина через эти два транспортера может объяснять побочные эффекты метформина, которые характеризуются ингибированием тиаминового транспорта в клетку.

В связи с тем, что переносчики семейства SLC19A, в частности SLC19A1, SLC19A2 и SLC19A3 обладают высоким сходством в последовательности, можно предположить, что данные транспортеры с разным сродством могут переносить и природные производные тиамина. В частности, было показано, что SLC19A1, который локализован плазматической мембране клетки, может транспортировать как ТМФ, так и ТДФ, хотя издавна считалось, что ТДФ образуется в цитоплазме и транспортируется в митохондрии исключительно с помощью

митохондриального транспортера SLC25A19 (Zhao & Goldman 2013). Транспортер SLC19A1 не переносит положительно заряженные молекулы как тиамин, однако данный транспортер работает с отрицательно заряженными фосфатными производными тиамина (Zhao et al. 2001, Zhao & Goldman 2013).

2.1.3. Ферменты, участвующие в метаболизме тиамина и его производных

Основные ферменты, вовлеченные в метаболизм тиамина, представлены на рисунке 2.3 (Gangolf et al. 2010a). В цитоплазме клетки тиамин подвергается АТФ-зависимому фосфорилированию до ТДФ с помощью фермента тиаминдифосфокиназы (EC 2.7.6.2). Реакция, катализируемая тиаминдифосфокиназой, зависит от присутствия катионов двухвалентных металлов. Среди исследуемых катионов наиболее сильный активирующий эффект наблюдается при добавлении ионов магния или марганца (Egi et al. 1992). Данный фермент охарактеризован на молекулярном уровне и представляет собой гомодимер с молекулярной массой от 50 до 64 kDa, построенный их двух идентичных субъединиц (Egi et al. 1992, Hamada 1969).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мкртчян Гарик Варданович, 2017 год

8. Список литературы

Abdou, E. and Hazell, A. S. (2015) Thiamine deficiency: an update of pathophysiologic mechanisms and future therapeutic considerations. Neurochemical research, 40, 353-361.

Afadlal, S., Labetoulle, R. and Hazell, A. S. (2014) Role of astrocytes in thiamine deficiency. Metabolic brain disease, 29, 1061-1068.

Agyei-Owusu, K. and Leeper, F. J. (2009) Thiamin diphosphate in biological chemistry: analogues of thiamin diphosphate in studies of enzymes and riboswitches. The FEBS journal, 276, 29052916.

Araujo, W. L., Trofimova, L., Mkrtchyan, G., Steinhauser, D., Krall, L., Graf, A., Fernie, A. R. and

Bunik, V. I. (2013) On the role of the mitochondrial 2-oxoglutarate dehydrogenase complex in amino acid metabolism. Amino acids, 44, 683-700.

Aravamudhan, A., Ramos, D. M., Nip, J., Subramanian, A., James, R., Harmon, M. D., Yu, X. and Kumbar, S. G. (2013) Osteoinductive small molecules: growth factor alternatives for bone tissue engineering. Current pharmaceutical design, 19, 3420-3428.

Atkinson, C. J., Zhang, K., Munn, A. L., Wiegmans, A. and Wei, M. Q. (2016) Prion protein scrapie and the normal cellular prion protein. Prion, 10, 63-82.

Baeza, J., Smallegan, M. J. and Denu, J. M. (2016) Mechanisms and Dynamics of Protein Acetylation in Mitochondria. Trends in biochemical sciences, 41, 231-244.

Barchi, R. L. and Braun, P. E. (1972) A membrane-associated thiamine triphosphatase from rat brain. Properties of the enzyme. The Journal of biological chemistry, 247, 7668-7673.

Barile, M., Passarella, S. and Quagliariello, E. (1990) Thiamine pyrophosphate uptake into isolated rat liver mitochondria. Archives of biochemistry and biophysics, 280, 352-357.

Barile, M., Valenti, D., Brizio, C., Quagliariello, E. and Passarella, S. (1998) Rat liver mitochondria can hydrolyse thiamine pyrophosphate to thiamine monophosphate which can cross the mitochondrial membrane in a carrier-mediated process. FEBS letters, 435, 6-10.

Bettendorff, L. (1994) The compartmentation of phosphorylated thiamine derivatives in cultured neuroblastoma cells. Biochimica et biophysica acta, 1222, 7-14.

Bettendorff, L. (2007) At the crossroad of thiamine degradation and biosynthesis. Nature chemical biology, 3, 454-455.

Bettendorff, L., Grandfils, C., De Rycker, C. and Schoffeniels, E. (1986) Determination of thiamine and its phosphate esters in human blood serum at femtomole levels. Journal of chromatography, 382, 297-302.

Bettendorff, L., Kolb, H. A. and Schoffeniels, E. (1993) Thiamine triphosphate activates an anion channel of large unit conductance in neuroblastoma cells. The Journal of membrane biology, 136, 281-288.

Bettendorff, L., Lakaye, B., Kohn, G. and Wins, P. (2014) Thiamine triphosphate: a ubiquitous molecule in search of a physiological role. Metabolic brain disease, 29, 1069-1082.

Bettendorff, L., Michel-Cahay, C., Grandfils, C., De Rycker, C. and Schoffeniels, E. (1987) Thiamine triphosphate and membrane-associated thiamine phosphatases in the electric organ of Electrophorus electricus. Journal of neurochemistry, 49, 495-502.

Bettendorff, L., Peeters, M., Jouan, C., Wins, P. and Schoffeniels, E. (1991) Determination of thiamin and its phosphate esters in cultured neurons and astrocytes using an ion-pair reversed-phase high-performance liquid chromatographic method. Analytical biochemistry, 198, 52-59.

Bettendorff, L. and Wins, P. (1994) Mechanism of thiamine transport in neuroblastoma cells.

Inhibition of a high affinity carrier by sodium channel activators and dependence of thiamine uptake on membrane potential and intracellular ATP. The Journal of biological chemistry, 269, 14379-14385.

Bettendorff, L. and Wins, P. (1999) Thiamine derivatives in excitable tissues: Metabolism, Deficiency and neurodegenerative diseases. Rec. Res. Devel. Neurochem., 2, 37-62.

Bettendorff, L. and Wins, P. (2013) Thiamine triphosphatase and the CYTH superfamily of proteins. The FEBS journal, 280, 6443-6455.

Bettendorff, L., Wins, P. and Lesourd, M. (1994) Subcellular localization and compartmentation of thiamine derivatives in rat brain. Biochimica et biophysica acta, 1222, 1-6.

Bettendorff, L., Wins, P. and Schoffeniels, E. (1988) Thiamine triphosphatase from Electrophorus electric organ is anion-dependent and irreversibly inhibited by 4,4'-diisothiocyanostilbene-2,2'disulfonic acid. Biochemical and biophysical research communications, 154, 942-947.

Bettendorff, L., Wirtzfeld, B., Makarchikov, A. F. et al. (2007) Discovery of a natural thiamine adenine nucleotide. Nature chemical biology, 3, 211-212.

Blass, J. P., Gleason, P., Brush, D., DiPonte, P. and Thaler, H. (1988) Thiamine and Alzheimer's disease. A pilot study. Archives of neurology, 45, 833-835.

Bocobza, S. E., Malitsky, S., Araujo, W. L., Nunes-Nesi, A., Meir, S., Shapira, M., Fernie, A. R. and Aharoni, A. (2013) Orchestration of thiamin biosynthesis and central metabolism by combined action of the thiamin pyrophosphate riboswitch and the circadian clock in Arabidopsis. The Plant cell, 25, 288-307.

Bruschi, S. A., Lindsay, J. G. and Crabb, J. W. (1998) Mitochondrial stress protein recognition of inactivated dehydrogenases during mammalian cell death. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 95, 13413-13418.

Bubber, P., Ke, Z. J. and Gibson, G. E. (2004) Tricarboxylic acid cycle enzymes following thiamine deficiency. Neurochemistry international, 45, 1021-1028.

Bunik, V. (2014) Benefits of Thiamin (Vitamin B1) administration in Neurodegenerative Diseases may be Due to Both the Coenzyme and Non-coenzyme Roles of Thiamin. J Alzheimers Dis Parkinsonism, 4, 173.

Bunik, V., Artiukhov, A., Aleshin, V. and Mkrtchyan, G. (2016a) Multiple Forms of Glutamate

Dehydrogenase in Animals: Structural Determinants and Physiological Implications. Biology, 5.

Bunik, V., Mkrtchyan, G., Grabarska, A. et al. (2016b) Inhibition of mitochondrial 2-oxoglutarate dehydrogenase impairs viability of cancer cells in a cell-specific metabolism-dependent manner. Oncotarget, 7, 26400-26421.

Bunik, V. I. and Aleshin, V. A. (2017) Analysis of the protein binding sites for thiamin and its

derivatives to elucidate molecular mechanisms of the non-coenzyme action of thiamin (vitamin B1). Studies in Natural Products Chemistry, 53.

Bunik, V. I., Artiukhov, A., Kazantsev, A. et al. (2015) Specific inhibition by synthetic analogs of pyruvate reveals that the pyruvate dehydrogenase reaction is essential for metabolism and viability of glioblastoma cells. Oncotarget, 6, 40036-40052.

Bunik, V. I. and Degtyarev, D. (2008) Structure-function relationships in the 2-oxo acid

dehydrogenase family: substrate-specific signatures and functional predictions for the 2-oxoglutarate dehydrogenase-like proteins. Proteins, 71, 874-890.

Bunik, V. I. and Fernie, A. R. (2009) Metabolic control exerted by the 2-oxoglutarate dehydrogenase reaction: a cross-kingdom comparison of the crossroad between energy production and nitrogen assimilation. The Biochemical journal, 422, 405-421.

Bunik, V. I. and Pavlova, O. G. (1997) Inhibition of pigeon breast muscle alpha-ketoglutarate

dehydrogenase by structural analogs of alpha-ketoglutarate. Biochemistry. Biokhimiia, 62, 1012-1020.

Bunik, V. I., Tylicki, A. and Lukashev, N. V. (2013) Thiamin diphosphate-dependent enzymes: from enzymology to metabolic regulation, drug design and disease models. The FEBS journal, 280, 6412-6442.

Bustin, S. A. and Nolan, T. (2004) Pitfalls of quantitative real-time reverse-transcription polymerase chain reaction. Journal of biomolecular techniques : JBT, 15, 155-166.

Butterworth, R. F. and Besnard, A. M. (1990) Thiamine-dependent enzyme changes in temporal cortex of patients with Alzheimer's disease. Metabolic brain disease, 5, 179-184.

Cheng, A., Yang, Y., Zhou, Y. et al. (2016) Mitochondrial SIRT3 Mediates Adaptive Responses of Neurons to Exercise and Metabolic and Excitatory Challenges. Cell metabolism, 23, 128-142.

Chornyj, S. A. (2010) Influence of the Thiamin Antagonists on Apoptotic Signal Processes in the Neuronal Cell Culture. National Acad. Sci.

Chornyy, S., Parkhomenko, J. and Chorna, N. (2007) Thiamine deficiency caused by thiamine

antagonists triggers upregulation of apoptosis inducing factor gene expression and leads to caspase 3-mediated apoptosis in neuronally differentiated rat PC-12 cells. Acta biochimica Polonica, 54, 315-322.

Chornyy, S. A. and Parkhomenko, Y. M. (2008) Comparative characteristic of thiamine antagonists on apoptosis induction in different types of nerve cell lines. Ukrains'kyi biokhimichnyi zhurnal, 80, 76-84.

Collie, J. T. B., Greaves, R. F., Jones, O. A. H., Lam, Q., Eastwood, G. M. and Bellomo, R. (2017) Vitamin B1 in critically ill patients: needs and challenges. Clinical chemistry and laboratory medicine.

Cooper, J. R., Itokawa, Y. and Pincus, J. H. (1969) Thiamine triphosphate deficiency in subacute necrotizing encephalomyelopathy. Science, 164, 74-75.

Cooper, J. R. and Pincus, J. H. (1979) The role of thiamine in nervous tissue. Neurochemical research, 4, 223-239.

Costantini, A. and Fancellu, R. (2016) An open-label pilot study with high-dose thiamine in Parkinson's disease. NeuralRegen Res 3, 406-407.

Costantini, A., Giorgi, R., D'Agostino, S. and Pala, M. I. (2013a) High-dose thiamine improves the symptoms of Friedreich's ataxia. BMJ case reports, 2013.

Costantini, A., Laureti, T., Pala, M. I. et al. (2016) Long-term treatment with thiamine as possible medical therapy for Friedreich ataxia. Journal of neurology, 263, 2170-2178.

Costantini, A., Nappo, A., Pala, M. I. and Zappone, A. (2013b) High dose thiamine improves fatigue in multiple sclerosis. BMJ case reports, 2013.

Danhauser, K., Sauer, S. W., Haack, T. B. et al. (2012) DHTKD1 mutations cause 2-aminoadipic and 2-oxoadipic aciduria. American journal of human genetics, 91, 1082-1087.

De La Fuente, G. and Diaz-Cadavieci, R. (1954) Cocarboxylase activity of thiamine triphosphoric esters. Nature, 174, 1014.

Delvaux, D., Kerff, F., Murty, M. R. et al. (2013) Structural determinants of specificity and catalytic mechanism in mammalian 25-kDa thiamine triphosphatase. Biochimica et biophysica acta, 1830, 4513-4523.

di Salvo, M. L., Hunt, S. and Schirch, V. (2004) Expression, purification, and kinetic constants for human and Escherichia coli pyridoxal kinases. Protein expression and purification, 36, 300306.

Du, Q., Wang, H. and Xie, J. (2011) Thiamin (vitamin B1) biosynthesis and regulation: a rich source of antimicrobial drug targets? International journal of biological sciences, 7, 41-52.

Dutta, B., Huang, W., Molero, M., Kekuda, R., Leibach, F. H., Devoe, L. D., Ganapathy, V. and Prasad, P. D. (1999) Cloning of the human thiamine transporter, a member of the folate transporter family. The Journal of biological chemistry, 274, 31925-31929.

Eckert, T. and Moebus, W. (1964) [on the Atp Thiaminediphosphate Phosphotransferase Activity in Nerve Tissue. A Contribution on the Mechanism of Nerve Impulse Conduction]. Hoppe-Seyler's Zeitschriftfurphysiologische Chemie, 338, 286-288.

Egi, Y., Koyama, S., Shikata, H., Yamada, K. and Kawasaki, T. (1986) Content of thiamin phosphate esters in mammalian tissues--an extremely high concentration of thiamin triphosphate in pig skeletal muscle. Biochemistry international, 12, 385-390.

Egi, Y., Koyama, S., Shioda, T., Yamada, K. and Kawasaki, T. (1992) Identification, purification and reconstitution of thiamin metabolizing enzymes in human red blood cells. Biochimica et biophysica acta, 1160, 171-178.

Faden, A. I. and Loane, D. J. (2015) Chronic neurodegeneration after traumatic brain injury:

Alzheimer disease, chronic traumatic encephalopathy, or persistent neuroinflammation? Neurotherapeutics : the journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics, 12, 143-150.

Fahien, L. A., Kmiotek, E. H., MacDonald, M. J., Fibich, B. and Mandic, M. (1988) Regulation of malate dehydrogenase activity by glutamate, citrate, alpha-ketoglutarate, and multienzyme interaction. The Journal of biological chemistry, 263, 10687-10697.

Fahien, L. A., MacDonald, M. J., Teller, J. K., Fibich, B. and Fahien, C. M. (1989) Kinetic advantages of hetero-enzyme complexes with glutamate dehydrogenase and the alpha-ketoglutarate dehydrogenase complex. The Journal of biological chemistry, 264, 12303-12312.

Frederich, M., Delvaux, D., Gigliobianco, T. et al. (2009) Thiaminylated adenine nucleotides.

Chemical synthesis, structural characterization and natural occurrence. The FEBS journal, 276, 3256-3268.

French, J. B., Begley, T. P. and Ealick, S. E. (2011) Structure of trifunctional THI20 from yeast. Acta crystallographica. Section D, Biological crystallography, 67, 784-791.

Frieden, C. (1965) Glutamate Dehydrogenase. Vi. Survey of Purine Nucleotide and Other Effects on the Enzyme from Various Sources. The Journal of biological chemistry, 240, 2028-2035.

Fukui, S., Ohishi, N., Kishimotostakamizaw, A. and Hamazima, Y. (1965) Formation of

"Thiaminosuccinic Acid" as an Intermediate in the Transformation of Oxythiamine to Thiamine by a Thiamineless Mutant of Escherichia Coli. The Journal of biological chemistry, 240, 1315-1321.

Furst, A. J., Rabinovici, G. D., Rostomian, A. H., Steed, T., Alkalay, A., Racine, C., Miller, B. L. and Jagust, W. J. (2012) Cognition, glucose metabolism and amyloid burden in Alzheimer's disease. Neurobiology of aging, 33, 215-225.

Gaitonde, M. K. and Evans, G. M. (1983) Metabolism of thiamine in rat brain. Biochemical Society transactions, 11, 695-696.

Gangolf, M., Czerniecki, J., Radermecker, M. et al. (2010a) Thiamine status in humans and content of phosphorylated thiamine derivatives in biopsies and cultured cells. PloS one, 5, e13616.

Gangolf, M., Wins, P., Thiry, M., El Moualij, B. and Bettendorff, L. (2010b) Thiamine triphosphate synthesis in rat brain occurs in mitochondria and is coupled to the respiratory chain. The Journal of biological chemistry, 285, 583-594.

Gavrilescu, N. and Peters, R. A. (1931) Biochemical lesions in vitamin B deficiency. The Biochemical journal, 25, 1397-1409.

Gerace, E., Pellegrini-Giampietro, D. E., Moroni, F. and Mannaioni, G. (2015) Poly(ADP-

Ribose)Polymerase 1 (PARP-1) Activation and Ca(2+) Permeable alpha-Amino-3-Hydroxy-5-Methyl-4-Isoxazolepropionic Acid (AMPA) Channels in Post-Ischemic Brain Damage: New Therapeutic Opportunities? CNS & neurological disorders drug targets, 14, 636-646.

Gibson, G. E. and Blass, J. P. (2007) Thiamine-dependent processes and treatment strategies in neurodegeneration. Antioxidants & redox signaling, 9, 1605-1619.

Gibson, G. E., Blass, J. P., Beal, M. F. and Bunik, V. (2005) The alpha-ketoglutarate-dehydrogenase complex: a mediator between mitochondria and oxidative stress in neurodegeneration. Molecular neurobiology, 31, 43-63.

Gibson, G. E., Sheu, K. F., Blass, J. P., Baker, A., Carlson, K. C., Harding, B. and Perrino, P. (1988) Reduced activities of thiamine-dependent enzymes in the brains and peripheral tissues of patients with Alzheimer's disease. Archives of neurology, 45, 836-840.

Gigliobianco, T., Gangolf, M., Lakaye, B., Pirson, B., von Ballmoos, C., Wins, P. and Bettendorff, L. (2013) An alternative role of FoF1-ATP synthase in Escherichia coli: synthesis of thiamine triphosphate. Scientific reports, 3, 1071.

Gold, M., Hauser, R. A. and Chen, M. F. (1998) Plasma thiamine deficiency associated with Alzheimer's disease but not Parkinson's disease. Metabolic brain disease, 13, 43-53.

Goyer, A., Hasnain, G., Frelin, O., Ralat, M. A., Gregory, J. F., 3rd and Hanson, A. D. (2013) A cross-kingdom Nudix enzyme that pre-empts damage in thiamin metabolism. The Biochemical journal, 454, 533-542.

Graf, A., Trofimova, L., Loshinskaja, A. et al. (2013) Up-regulation of 2-oxoglutarate dehydrogenase as a stress response. The international journal of biochemistry & cell biology, 45, 175-189.

Greiling, H. and Kiesow, L. (1958) Zur Biochemie der Thiamintriphosphorsaure IV. Das Vorkommen von Thiamintriphosphat im tierischen Organismus. Z. Naturforschg, 13, 251-252.

Grenier, K., Kontogiannea, M. and Fon, E. A. (2014) Short mitochondrial ARF triggers

Parkin/PINK1-dependent mitophagy. The Journal of biological chemistry, 289, 29519-29530.

Guan, K. L. and Xiong, Y. (2011) Regulation of intermediary metabolism by protein acetylation. Trends in biochemical sciences, 36, 108-116.

Haas, R. H. (1988) Thiamin and the brain. Annual review of nutrition, 8, 483-515.

Haigis, M. C. and Guarente, L. P. (2006) Mammalian sirtuins--emerging roles in physiology, aging, and calorie restriction. Genes & development, 20, 2913-2921.

Hamada, M. (1969) [Thiamine pyrophosphokinase of pig heart muscles]. Seikagaku. The Journal of Japanese Biochemical Society, 41, 837-849.

Hashitani, Y. and Cooper, J. R. (1972) The partial purification of thiamine triphosphatase from rat brain. The Journal of biological chemistry, 247, 2117-2119.

Hazell, A. S., Butterworth, R. F. and Hakim, A. M. (1993) Cerebral vulnerability is associated with

selective increase in extracellular glutamate concentration in experimental thiamine deficiency. Journal of neurochemistry, 61, 1155-1158.

Hazell, A. S., Hakim, A. M., Senterman, M. K. and Hogan, M. J. (1998) Regional activation of L-type voltage-sensitive calcium channels in experimental thiamine deficiency. Journal of neuroscience research, 52, 742-749.

Hazell, A. S., Pannunzio, P., Rama Rao, K. V., Pow, D. V. and Rambaldi, A. (2003) Thiamine deficiency results in downregulation of the GLAST glutamate transporter in cultured astrocytes. Glia, 43, 175-184.

Hebert, A. S., Dittenhafer-Reed, K. E., Yu, W. et al. (2013) Calorie restriction and SIRT3 trigger global reprogramming of the mitochondrial protein acetylome. Molecular cell, 49, 186-199.

Heroux, M., Raghavendra Rao, V. L., Lavoie, J., Richardson, J. S. and Butterworth, R. F. (1996)

Alterations of thiamine phosphorylation and of thiamine-dependent enzymes in Alzheimer's disease. Metabolic brain disease, 11, 81-88.

Hirsch, J. A. and Parrott, J. (2012) New considerations on the neuromodulatory role of thiamine. Pharmacology, 89, 111-116.

Hofer, A. and Wenz, T. (2014) Post-translational modification of mitochondria as a novel mode of regulation. Experimental gerontology, 56, 202-220.

Huang da, W., Sherman, B. T. and Lempicki, R. A. (2009) Systematic and integrative analysis of large gene lists using DAVID bioinformatics resources. Nature protocols, 4, 44-57.

Huertas-Gonzalez, N., Hernando-Requejo, V., Luciano-Garcia, Z. and Cervera-Rodilla, J. L. (2015) Wernicke's Encephalopathy, Wet Beriberi, and Polyneuropathy in a Patient with Folate and Thiamine Deficiency Related to Gastric Phytobezoar. Case reports in neurological medicine, 2015, 624807.

Hurt, J. K., Coleman, J. L., Fitzpatrick, B. J., Taylor-Blake, B., Bridges, A. S., Vihko, P. and Zylka, M. J. (2012) Prostatic acid phosphatase is required for the antinociceptive effects of thiamine and benfotiamine. PloS one, 7, e48562.

Ikehata, M., Ueda, K. and Iwakawa, S. (2012) Different involvement of DNA methylation and histone deacetylation in the expression of solute-carrier transporters in 4 colon cancer cell lines. Biological & pharmaceutical bulletin, 35, 301-307.

Itokawa, Y. and Cooper, J. R. (1970) Ion movements and thiamine. II. The release of the vitamin from membrane fragments. Biochimica et biophysica acta, 196, 274-284.

Iwata, H., Yabushita, Y., Doi, T. and Matsuda, T. (1985) Synthesis of thiamine triphosphate in rat brain in vivo. Neurochemical research, 10, 779-787.

Iyer, L. M. and Aravind, L. (2002) The catalytic domains of thiamine triphosphatase and CyaB-like adenylyl cyclase define a novel superfamily of domains that bind organic phosphates. BMC genomics, 3, 33.

Jeitner, T. M., Battaile, K. and Cooper, A. J. (2015) Critical Evaluation of the Changes in Glutamine Synthetase Activity in Models of Cerebral Stroke. Neurochemical research, 40, 2544-2556.

Jenkins, A. H., Schyns, G., Potot, S., Sun, G. and Begley, T. P. (2007) A new thiamin salvage pathway. Nature chemical biology, 3, 492-497.

Jenkins, P. F. (2015) Wernicke Encephalopathy. The American orthoptic journal, 65, 104-108.

Jimenez-Jimenez, F. J., Molina, J. A., Hernanz, A. et al. (1999) Cerebrospinal fluid levels of thiamine in patients with Parkinson's disease. Neuroscience letters, 271, 33-36.

Jin, J., Li, G. J., Davis, J., Zhu, D., Wang, Y., Pan, C. and Zhang, J. (2007) Identification of novel proteins associated with both alpha-synuclein and DJ-1. Molecular & cellularproteomics : MCP, 6, 845-859.

Johnson, D. and Lardy, H. A. (1967) Methods in Enzymology. In: Estabrook, R., Pullmam, M. N.Y., Vol. 10, pp. 94-101. London: Academic Press.

Jones, R. H., Jr. (1959) Beriberi heart disease. Circulation, 19, 275-283.

Kahne, T., Kolodziej, A., Smalla, K. H. et al. (2012) Synaptic proteome changes in mouse brain regions upon auditory discrimination learning. Proteomics, 12, 2433-2444.

Karuppagounder, S. S., Xu, H., Shi, Q. et al. (2009) Thiamine deficiency induces oxidative stress and exacerbates the plaque pathology in Alzheimer's mouse model. Neurobiology of aging, 30, 1587-1600.

Kiessling, K. H. and Tilander, K. (1960) Hydrolysis of thiamine phosphates by phosphatases in rat liver. Biochimica et biophysica acta, 43, 335-336.

Kim, E. Y., Han, B. S., Kim, W. K., Lee, S. C. and Bae, K. H. (2013) Acceleration of adipogenic differentiation via acetylation of malate dehydrogenase 2. Biochemical and biophysical research communications, 441, 77-82.

Kim, S., Rhee, J. K., Yoo, H. J. et al. (2015) Bioinformatic and metabolomic analysis reveals miR-155 regulates thiamine level in breast cancer. Cancer letters, 357, 488-497.

Kira, J. (2013) Therapeutic benefits of an oral vitamin B1 derivative for human T lymphotropic virus type I-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis (HAM/TSP). BMC medicine, 11, 183.

Kotlyar, A. B. and Vinogradov, A. D. (1984) Interaction of the membrane-bound succinate

dehydrogenase with substrate and competitive inhibitors. Biochimica et biophysica acta, 784, 24-34.

Lakaye, B., Makarchikov, A. F., Antunes, A. F., Zorzi, W., Coumans, B., De Pauw, E., Wins, P., Grisar, T. and Bettendorff, L. (2002) Molecular characterization of a specific thiamine triphosphatase widely expressed in mammalian tissues. The Journal of biological chemistry, 277, 13771-13777.

Lakaye, B., Verlaet, M., Dubail, J. et al. (2004) Expression of 25 kDa thiamine triphosphatase in rodent tissues using quantitative PCR and characterization of its mRNA. The international journal of biochemistry & cell biology, 36, 2032-2041.

Leder, I. G. (1975) Thiamine, biosynthesis and function, Metabolic pathway: Metabolism of Sulfur compounds. Greenberg, 7, 57-85.

Liang, X., Chien, H. C., Yee, S. W. et al. (2015) Metformin Is a Substrate and Inhibitor of the Human Thiamine Transporter, THTR-2 (SLC19A3). Molecular pharmaceutics, 12, 4301-4310.

Linster, C. L., Van Schaftingen, E. and Hanson, A. D. (2013) Metabolite damage and its repair or preemption. Nature chemical biology, 9, 72-80.

Liu, D., Ke, Z. and Luo, J. (2017) Thiamine Deficiency and Neurodegeneration: the Interplay Among Oxidative Stress, Endoplasmic Reticulum Stress, and Autophagy. Molecular neurobiology, 54, 5440-5448.

Liu, J. Y., Timm, D. E. and Hurley, T. D. (2006) Pyrithiamine as a substrate for thiamine pyrophosphokinase. The Journal of biological chemistry, 281, 6601-6607.

Liu, S., Huang, H., Lu, X., Golinski, M., Comesse, S., Watt, D., Grossman, R. B. and Moscow, J. A. (2003) Down-regulation of thiamine transporter THTR2 gene expression in breast cancer and its association with resistance to apoptosis. Molecular cancer research : MCR, 1, 665-673.

Liu, X., Lam, E. K., Wang, X. et al. (2009) Promoter hypermethylation mediates downregulation of thiamine receptor SLC19A3 in gastric cancer. Tumour biology : the journal of the International Society for Oncodevelopmental Biology and Medicine, 30, 242-248.

Lo, P. K., Chen, J. Y., Tang, P. P. et al. (2001) Identification of a mouse thiamine transporter gene as a direct transcriptional target for p53. The Journal of biological chemistry, 276, 37186-37193.

Lombard, D. B., Alt, F. W., Cheng, H. L. et al. (2007) Mammalian Sir2 homolog SIRT3 regulates global mitochondrial lysine acetylation. Molecular and cellular biology, 27, 8807-8814.

Lonsdale, D. (2004) Thiamine tetrahydrofurfuryl disulfide: a little known therapeutic agent. Medical science monitor : international medical journal of experimental and clinical research, 10, RA199-203.

Lonsdale, D. (2006) A review of the biochemistry, metabolism and clinical benefits of thiamin(e) and its derivatives. Evidence-based complementary and alternative medicine : eCAM, 3, 49-59.

Lucas, J. I. and Marin, I. (2007) A new evolutionary paradigm for the Parkinson disease gene DJ-1. Molecular biology and evolution, 24, 551-561.

MacLean, B., Tomazela, D. M., Shulman, N. et al. (2010) Skyline: an open source document editor for creating and analyzing targeted proteomics experiments. Bioinformatics, 26, 966-968.

Makarchikov, A. F., Brans, A. and Bettendorff, L. (2007) Thiamine diphosphate adenylyl transferase from E. coli: functional characterization of the enzyme synthesizing adenosine thiamine triphosphate. BMC biochemistry, 8, 17.

Makarchikov, A. F. and Chernikevich, I. P. (1992) Purification and characterization of thiamine triphosphatase from bovine brain. Biochimica et biophysica acta, 1117, 326-332.

Makarchikov, A. F., Lakaye, B., Gulyai, I. E., Czerniecki, J., Coumans, B., Wins, P., Grisar, T. and Bettendorff, L. (2003) Thiamine triphosphate and thiamine triphosphatase activities: from bacteria to mammals. Cellular and molecular life sciences : CMLS, 60, 1477-1488.

Markova, N., Bazhenova, N., Anthony, D. C., Vignisse, J., Svistunov, A., Lesch, K. P., Bettendorff, L. and Strekalova, T. (2017) Thiamine and benfotiamine improve cognition and ameliorate GSK-3beta-associated stress-induced behaviours in mice. Progress in neuro-psychopharmacology & biological psychiatry, 75, 148-156.

Martinez, J., Truffault, V. and Hothorn, M. (2015) Structural Determinants for Substrate Binding and Catalysis in Triphosphate Tunnel Metalloenzymes. The Journal of biological chemistry, 290, 23348-23360.

Mastrogiacoma, F., Bettendorff, L., Grisar, T. and Kish, S. J. (1996) Brain thiamine, its phosphate

esters, and its metabolizing enzymes in Alzheimer's disease. Annals of neurology, 39, 585-591.

Mastrogiacomo, F., LaMarche, J., Dozic, S., Lindsay, G., Bettendorff, L., Robitaille, Y., Schut, L. and Kish, S. J. (1996) Immunoreactive levels of alpha-ketoglutarate dehydrogenase subunits in Friedreich's ataxia and spinocerebellar ataxia type 1. Neurodegeneration : a journal for neurodegenerative disorders, neuroprotection, and neuroregeneration, 5, 27-33.

Matsuda, T. and Cooper, J. R. (1981) Thiamine as an integral component of brain synaptosomal

membranes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 78, 5886-5889.

Matsuda, T., Tonomura, H., Baba, A. and Iwata, H. (1989) Tissue difference in cellular localization of thiamine phosphate esters. Comparative biochemistry and physiology. B, Comparative biochemistry, 94, 405-409.

Matsuda, T., Tonomura, H., Baba, A. and Iwata, H. (1991) Membrane-associated thiamine

triphosphatase in rat skeletal muscle. The International journal of biochemistry, 23, 1111-1114.

Matsuo, T. and Suzuoki, Z. (1969) The occurrence of 4-methylthiazole-5-acetic acid as a thiamine metabolite in rabbit, dog, man and rat. Journal of biochemistry, 65, 953-960.

McIntyre, N. and Stanley, N. N. (1971) Cardiac beriberi: two modes of presentation. British medical journal, 3, 567-569.

McKenna, M. C. (2011) Glutamate dehydrogenase in brain mitochondria: do lipid modifications and transient metabolon formation influence enzyme activity? Neurochemistry international, 59, 525-533.

McLure, K. G., Takagi, M. and Kastan, M. B. (2004) NAD+ modulates p53 DNA binding specificity and function. Molecular and cellular biology, 24, 9958-9967.

Meek, D. W. (2015) Regulation of the p53 response and its relationship to cancer. The Biochemical journal, 469, 325-346.

Mendoza, R., Miller, A. D. and Overbaugh, J. (2013) Disruption of thiamine uptake and growth of cells by feline leukemia virus subgroup A. Journal of virology, 87, 2412-2419.

Minz, B. (1938) Sur la liberation de la vitamine B1 par le trone isole de nerf pneumogastrique soumis a l'exitation electrique. C.R.Soc.Biol., 127, 1251-1253.

Miranda-Rios, J., Navarro, M. and Soberon, M. (2001) A conserved RNA structure (thi box) is

involved in regulation of thiamin biosynthetic gene expression in bacteria. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 98, 9736-9741.

Miyoshi, K., Egi, Y., Shioda, T. and Kawasaki, T. (1990) Evidence for in vivo synthesis of thiamin

triphosphate by cytosolic adenylate kinase in chicken skeletal muscle. Journal of biochemistry, 108, 267-270.

Mizuno, Y., Matuda, S., Yoshino, H., Mori, H., Hattori, N. and Ikebe, S. (1994) An

immunohistochemical study on alpha-ketoglutarate dehydrogenase complex in Parkinson's disease. Annals of neurology, 35, 204-210.

Mkrtchyan, G., Aleshin, V., Parkhomenko, Y. et al. (2015) Molecular mechanisms of the non-

coenzyme action of thiamin in brain: biochemical, structural and pathway analysis. Scientific reports, 5, 12583.

Mkrtchyan, G., Graf, A., Bettendorff, L. and Bunik, V. (2016) Cellular thiamine status is coupled to function of mitochondrial 2-oxoglutarate dehydrogenase. Neurochemistry international, 101, 66-75.

Mosconi, L., Pupi, A. and De Leon, M. J. (2008) Brain glucose hypometabolism and oxidative stress in preclinical Alzheimer's disease. Annals of the New York Academy of Sciences, 1147, 180195.

Mouton-Liger, F., Rebillat, A. S., Gourmaud, S. et al. (2015) PKR downregulation prevents

neurodegeneration and beta-amyloid production in a thiamine-deficient model. Cell death & disease, 6, e1594.

Nakamura, T., Matsuo, T., Fukuda, T. et al. (2013) Efficacy of prosultiamine treatment in patients with human T lymphotropic virus type I-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis: results from an open-label clinical trial. BMC medicine, 11, 182.

Nemeria, N. S., Shome, B., DeColli, A. A., Heflin, K., Begley, T. P., Meyers, C. F. and Jordan, F. (2016) Competence of Thiamin Diphosphate-Dependent Enzymes with 2'-Methoxythiamin Diphosphate Derived from Bacimethrin, a Naturally Occurring Thiamin Anti-vitamin. Biochemistry, 55, 1135-1148.

Nghiem, H. O., Bettendorff, L. and Changeux, J. P. (2000) Specific phosphorylation of Torpedo 43K rapsyn by endogenous kinase(s) with thiamine triphosphate as the phosphate donor. FASEB journal: official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology, 14, 543-554.

Nishino, K., Itokawa, Y., Nishino, N., Piros, K. and Cooper, J. R. (1983) Enzyme system involved in the synthesis of thiamin triphosphate. I. Purification and characterization of protein-bound thiamin diphosphate: ATP phosphoryltransferase. The Journal of biological chemistry, 258, 11871-11878.

Nishiura, Y., Nakamura, T., Fukushima, N., Nakamura, H., Ida, H., Aramaki, T. and Eguchi, K. (2009) Disulfide-mediated apoptosis of human T-lymphotrophc virus type-I (HTLV-I)-infected cells in patients with HTLV-I-associated myelopathy/tropical spastic paraparesis. Antiviral therapy, 14, 533-542.

North, C., Feuers, R. J., Scheving, L. E., Pauly, J. E., Tsai, T. H. and Casciano, D. A. (1981) Circadian organization of thirteen liver and six brain enzymes of the mouse. The American journal of anatomy, 162, 183-199.

Ogawa, K., Sakai, M. and Inomata, K. (1982) Recent findings on ultracytochemistry of thiamin phosphatases. Annals of the New York Academy of Sciences, 378, 188-214.

Onodera, H., Iijima, K. and Kogure, K. (1986) Mononucleotide metabolism in the rat brain after transient ischemia. Journal of neurochemistry, 46, 1704-1710.

Ortigoza-Escobar, J. D., Molero-Luis, M., Arias, A. et al. (2016) Free-thiamine is a potential

biomarker of thiamine transporter-2 deficiency: a treatable cause of Leigh syndrome. Brain : a journal of neurology, 139, 31-38.

Ostrovsky, Y. M., Chernikevich, I. P., Voscoboyev, A. I. and Shellenberger, A. (1977) Interaction of thiamin analogues with yeast thiamin pyrophosphokinase. Bioorg Khimia, 3, 1083-1089.

Pagadala, N. S., Bjorndahl, T. C., Blinov, N., Kovalenko, A. and Wishart, D. S. (2013) Molecular

docking of thiamine reveals similarity in binding properties between the prion protein and other thiamine-binding proteins. Journal of molecular modeling, 19, 5225-5235.

Pan, X., Fei, G., Lu, J. et al. (2016) Measurement of Blood Thiamine Metabolites for Alzheimer's Disease Diagnosis. EBioMedicine, 3, 155-162.

Pan, X., Gong, N., Zhao, J. et al. (2010) Powerful beneficial effects of benfotiamine on cognitive

impairment and beta-amyloid deposition in amyloid precursor protein/presenilin-1 transgenic mice. Brain : a journal of neurology, 133, 1342-1351.

Parkhomenko, I., M., Stepuro, I., Donchenko, G. V. and Stepuro, V. I. (2012) [Oxidized derivatives of thiamine: formation, properties, biological role]. Ukrains'kyi biokhimichnyi zhurnal, 84, 5-24.

Parkhomenko, I. M., Donchenko, G. V. and Protasova, Z. S. (1996) The neural activity of thiamine: facts and hypotheses. Ukr Biokhim Zh, 68, 3-14.

Parkhomenko Iu, M., Chernysh, I., Churilova, T. and Khalmuradov, A. G. (1987) [Effect of thiamine phosphates on the activity of regulatory enzymes of the pyruvate dehydrogenase complex]. Ukrainskii biokhimicheskii zhurnal, 59, 49-54.

Parkhomenko, Y., M., , Protasova, Z. G., Chernysh, I. Y. and Pkhakadze, E. G. (1991) Modulation of acethylcholine synthesis in rat brain synaptosomes by thiamine and its relation to the regulation of the pyruvate dehydrogenase complex activity. Biochemistry and Physiology of thiamin diphosphate enzymes (H. Bisswanger & J. Ullrich, eds), 375-381.

Parkhomenko, Y. M., Donchenko, G. V., Chehovskaya, L. I., Stepanenko, S. P., Mejenskaya, O. A.

and Gorban, E. N. (2015) Metovitan prevents accumulation of thiamin diphosphate oxygenized form in rat tissues under irradiation. Biotechnologia Acta, 8, 63-70.

Parkhomenko, Y. M., Kudryavtsev, P. A., Pylypchuk, S. Y., Chekhivska, L. I., Stepanenko, S. P.,

Sergiichuk, A. A. and Bunik, V. I. (2011) Chronic alcoholism in rats induces a compensatory response, preserving brain thiamine diphosphate, but the brain 2-oxo acid dehydrogenases are inactivated despite unchanged coenzyme levels. Journal of neurochemistry, 117, 1055-1065.

Peek, C. B., Affinati, A. H., Ramsey, K. M. et al. (2013) Circadian clock NAD+ cycle drives mitochondrial oxidative metabolism in mice. Science, 342, 1243417.

Peters, R. (1963) Biochemical lesions and lethal synthesis. 88-13.

Petrov, S. A. (1992) [Thiamine metabolism in mouse organs and tissues in vivo and in vitro]. Fiziologicheskii zhurnal, 38, 79-85.

Petrov, S. A. and Donesko, E. V. (1989) [Effect of thiamine and its metabolites on aspartate and

alanine aminotransferase activity in the body of white rats and in donor blood]. Fiziologicheskii zhurnal, 35, 94-96.

Pincus, J. H., Solitare, G. B. and Cooper, J. R. (1976) Thiamine triphosphate levels and histopathology. Correlation in Leigh disease. Archives of neurology, 33, 759-763.

Rey, G. and Reddy, A. B. (2013) Protein acetylation links the circadian clock to mitochondrial

function. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110, 3210-3211.

Rindi, G., Patrini, C., Nauti, A., Bellazzi, R. and Magni, P. (2003) Three thiamine analogues

differently alter thiamine transport and metabolism in nervous tissue: an in vivo kinetic study using rats. Metabolic brain disease, 18, 245-263.

Rindi, G., Ricci, V., Gastaldi, G. and Patrini, C. (1995) Intestinal alkaline phosphatase can

transphosphorylate thiamin to thiamin monophosphate during intestinal transport in the rat. Archives of physiology and biochemistry, 103, 33-38.

Robinson, J. B., Jr. and Srere, P. A. (1985) Organization of Krebs tricarboxylic acid cycle enzymes in mitochondria. The Journal of biological chemistry, 260, 10800-10805.

Rossi Fanelli, A., Siliprandi, N., Fasella, P., Siliprandi, D. and Salvetti, F. L. (1953) [Research on

phosphorylation in vivo of thiamine]. Bollettino della Societa italiana di biologia sperimentale, 29, 961-962.

Rossi-Fanelli, A., Siliprandi, N. and Fasella, P. (1952) On the presence of the triphosphothiamine (TPT) in the liver. Science, 116, 711-713.

Said, H. M., Balamurugan, K., Subramanian, V. S. and Marchant, J. S. (2004) Expression and functional contribution of hTHTR-2 in thiamin absorption in human intestine. American journal of physiology. Gastrointestinal and liver physiology, 286, G491-498.

Sano, S., Matsuda, Y., Miyamoto, S. and Nakagawa, H. (1984) Thiamine pyrophosphatase and

nucleoside diphosphatase in rat brain. Biochemical and biophysical research communications, 118, 292-298.

Scarafoni, A., Gualtieri, E., Barbiroli, A., Carpen, A., Negri, A. and Duranti, M. (2011) Biochemical and functional characterization of an albumin protein belonging to the hemopexin superfamily from Lens culinaris seeds. Journal of agricultural and food chemistry, 59, 9637-9644.

Schlicker, C., Gertz, M., Papatheodorou, P., Kachholz, B., Becker, C. F. and Steegborn, C. (2008) Substrates and regulation mechanisms for the human mitochondrial sirtuins Sirt3 and Sirt5. Journal of molecular biology, 382, 790-801.

Sharp, D., Scott, G., Ramlackasingh, A., Hellyer, P., Leech, R., Turkheimer, F., Matthews, P. and

Brooks, D. (2014) Axonal Injury, Neuroinflammation and Amyloid Pathology after Traumatic Brain Injury: Making Connections to Neurodegeneration Neurology, 82.

Shikata, H., Koyama, S., Egi, Y., Yamada, K. and Kawasaki, T. (1989) Cytosolic adenylate kinase catalyzes the synthesis of thiamin triphosphate from thiamin diphosphate. Biochemistry international, 18, 933-941.

Shmukler, H. W. (1972) The rapid chromatographic analysis of the free nucleotides from rat brain. Journal of chromatographic science, 10, 38-40.

Shoji, S., Furuishi, K., Misumi, S., Miyazaki, T., Kino, M. and Yamataka, K. (1994) Thiamine disulfide as a potent inhibitor of human immunodeficiency virus (type-1) production. Biochemical and biophysical research communications, 205, 967-975.

Shoji, S., Furuishi, K., Ogata, A. et al. (1998) An allosteric drug, o,o'-bismyristoyl thiamine disulfide, suppresses HIV-1 replication through prevention of nuclear translocation of both HIV-1 Tat and NF-kappa B. Biochemical and biophysical research communications, 249, 745-753.

Sidorova, A. A., Stepanenko, S. P. and Parkhomenko Iu, M. (2009) [Characteristics of thiamine

triphosphatase from neural cells plasma membranes]. Ukrains'kyi biokhimichnyi zhurnal, 81, 57-65.

Siess, E. A., Brocks, D. G. and Wieland, O. H. (1978) Distribution of metabolites between the cytosolic and mitochondrial compartments of hepatocytes isolated from fed rats. Hoppe-Seyler's Zeitschriftfurphysiologische Chemie, 359, 785-798.

Siess, E. A., Kientsch-Engel, R. I. and Wieland, O. H. (1982) Role of free oxaloacetate in ketogenesis. Derivation from the direct measurement of mitochondrial [3-hydroxybutyrate]/[acetoacetate] ratio in hepatocytes. European journal of biochemistry / FEBS, 121, 493-499.

Siess, E. A., Kientsch-Engel, R. I. and Wieland, O. H. (1984) Concentration of free oxaloacetate in the mitochondrial compartment of isolated liver cells. The Biochemical journal, 218, 171-176.

Singh, I. N., Sullivan, P. G., Deng, Y., Mbye, L. H. and Hall, E. D. (2006) Time course of posttraumatic mitochondrial oxidative damage and dysfunction in a mouse model of focal traumatic brain injury: implications for neuroprotective therapy. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism, 26, 1407-1418.

Singh, V., Peng, C. S., Li, D., Mitra, K., Silvestre, K. J., Tokmakoff, A. and Essigmann, J. M. (2014) Direct observation of multiple tautomers of oxythiamine and their recognition by the thiamine pyrophosphate riboswitch. ACS chemical biology, 9, 227-236.

Song, W., Song, Y., Kincaid, B., Bossy, B. and Bossy-Wetzel, E. (2013) Mutant SOD1G93A triggers mitochondrial fragmentation in spinal cord motor neurons: neuroprotection by SIRT3 and PGC-1alpha. Neurobiology of disease, 51, 72-81.

Song, X. S., Huang, Z. J. and Song, X. J. (2009) Thiamine suppresses thermal hyperalgesia, inhibits hyperexcitability, and lessens alterations of sodium currents in injured, dorsal root ganglion neurons in rats. Anesthesiology, 110, 387-400.

Stepuro, II, Oparin, A. Y., Stsiapura, V. I., Maskevich, S. A. and Titov, V. Y. (2012) Oxidation of thiamine on reaction with nitrogen dioxide generated by ferric myoglobin and hemoglobin in the presence of nitrite and hydrogen peroxide. Biochemistry. Biokhimiia, 77, 41-55.

Stepuro, A. I., Adamchuk, R. I., Oparin, A. Y. and Stepuro, II (2008) Thiamine inhibits formation of dityrosine, a specific marker of oxidative injury, in reactions catalyzed by oxoferryl forms of hemoglobin. Biochemistry. Biokhimiia, 73, 1031-1041.

Subramanian, V. S., Nabokina, S. M., Lin-Moshier, Y., Marchant, J. S. and Said, H. M. (2013)

Mitochondrial uptake of thiamin pyrophosphate: physiological and cell biological aspects. PloS one, 8, e73503.

Sun, X. J., Zhao, L., Zhao, N., Pan, X. L., Fei, G. Q., Jin, L. R. and Zhong, C. J. (2012) Benfotiamine prevents increased beta-amyloid production in HEK cells induced by high glucose. Neuroscience bulletin, 28, 561-566.

Suzuoki, Z., Tominaga, F., Matsuo, T., Sumi, Y. and Miyakawa, M. (1968) Metabolism of thiamine and thiamine tetrahydro-furfuryl disulfide to 4-methylthiazole-5-acetic acid in conventional and germfree rats under various dosing conditions. The Journal of nutrition, 96, 433-444.

Tanaka, T., Yamamoto, D., Sato, T. et al. (2011) Adenosine thiamine triphosphate (AThTP) inhibits poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) activity. Journal of nutritional science and vitaminology, 57, 192-196.

Thomas, P. D., Kejariwal, A., Campbell, M. J. et al. (2003) PANTHER: a browsable database of gene products organized by biological function, using curated protein family and subfamily classification. Nucleic acids research, 31, 334-341.

Traut, T. W. (1994) Physiological concentrations of purines and pyrimidines. Molecular and cellular biochemistry, 140, 1-22.

Tricarico, C., Pinzani, P., Bianchi, S., Paglierani, M., Distante, V., Pazzagli, M., Bustin, S. A. and Orlando, C. (2002) Quantitative real-time reverse transcription polymerase chain reaction: normalization to rRNA or single housekeeping genes is inappropriate for human tissue biopsies. Analytical biochemistry, 309, 293-300.

Trofimova, L., Lovat, M., Groznaya, A., Efimova, E., Dunaeva, T., Maslova, M., Graf, A. and Bunik, V. (2010) Behavioral impact of the regulation of the brain 2-oxoglutarate dehydrogenase complex by synthetic phosphonate analog of 2-oxoglutarate: implications into the role of the complex in neurodegenerative diseases. International journal of Alzheimer's disease, 2010, 749061.

Trofimova, L. K., Araujo, W. L., Strokina, A. A., Fernie, A. R., Bettendorff, L. and Bunik, V. I. (2012) Consequences of the alpha-ketoglutarate dehydrogenase inhibition for neuronal metabolism and survival: implications for neurodegenerative diseases. Current medicinal chemistry, 19, 5895-5906.

Tsepkova, P. M., Artiukhov, A. V., Boyko, A. I. et al. (2017) Thiamine Induces Long-Term Changes in Amino Acid Profiles and Activities of 2-Oxoglutarate and 2-Oxoadipate Dehydrogenases in Rat Brain. Biochemistry. Biokhimiia, 82, 723-736.

Ucal, M., Kraitsy, K., Weidinger, A., Paier-Pourani, J., Patz, S., Fink, B., Molcanyi, M. and Schafer, U. (2016) Comprehensive Profiling of Modulation of Nitric Oxide Levels and Mitochondrial Activity in the Injured Brain: An Experimental Study Based on the Fluid Percussion Injury Model in Rats. Journal of neurotrauma.

Vandesompele, J., De Preter, K., Pattyn, F., Poppe, B., Van Roy, N., De Paepe, A. and Speleman, F. (2002) Accurate normalization of real-time quantitative RT-PCR data by geometric averaging of multiple internal control genes. Genome biology, 3, RESEARCH0034.

Velluz, L., Amiard, G. and Bartos, J. (1949) Thiamine triphosphoric acid; its relation to the thiamine pyrophosphate (cocarboxylase) of Lohmann and Schuster. The Journal of biological chemistry, 180,1137-1145.

Venkataraman, A., Kalk, N., Sewell, G., Ritchie, C. W. and Lingford-Hughes, A. (2017) Alcohol and Alzheimer's Disease-Does Alcohol Dependence Contribute to Beta-Amyloid Deposition, Neuroinflammation and Neurodegeneration in Alzheimer's Disease? Alcohol and alcoholism, 52,151-158.

Vignisse, J., Sambon, M., Gorlova, A. et al. (2017) Thiamine and benfotiamine prevent stress-induced suppression of hippocampal neurogenesis in mice exposed to predation without affecting brain thiamine diphosphate levels. Molecular and cellular neurosciences, 82, 126-136.

Vinogradov, A. D., Zimakova, N. I. and Solntseva, T. I. (1971) [Mechanism of succinate

dehydrogenase inhibition by oxaloacetate]. Doklady Akademii naukSSSR, 201, 359-362.

Volvert, M. L., Seyen, S., Piette, M., Evrard, B., Gangolf, M., Plumier, J. C. and Bettendorff, L. (2008) Benfotiamine, a synthetic S-acyl thiamine derivative, has different mechanisms of action and a different pharmacological profile than lipid-soluble thiamine disulfide derivatives. BMC pharmacology, 8, 10.

von Muralt, A. (1947) Tiamine and peripheral neurophysiology. Gesundheit Derending, 27.

von Muralt, A. (1958) The role of thiamine (vitamin B1) in nerve excitation. Experimental cell research, 14, 72-79.

Weidinger, A., Dungel, P., Perlinger, M. et al. (2013) Experimental data suggesting that inflammation mediated rat liver mitochondrial dysfunction results from secondary hypoxia rather than from direct effects of inflammatory mediators. Frontiers in physiology, 4, 138.

Wright, P. A., Steele, S. L., Huitema, A. and Bernier, N. J. (2007) Induction of four glutamine

synthetase genes in brain of rainbow trout in response to elevated environmental ammonia. The Journal of experimental biology, 210, 2905-2911.

Xu, W. Y., Gu, M. M., Sun, L. H. et al. (2012) A nonsense mutation in DHTKD1 causes Charcot-

Marie-Tooth disease type 2 in a large Chinese pedigree. American journal of human genetics, 91, 1088-1094.

Yang, H., Zhou, L., Shi, Q. et al. (2015) SIRT3-dependent GOT2 acetylation status affects the malate-aspartate NADH shuttle activity and pancreatic tumor growth. The EMBO journal, 34, 11101125.

Yang, Z., Ge, J., Yin, W., Shen, H., Liu, H. and Guo, Y. (2004) [The expression of p53, MDM2 and Ref1 gene in cultured retina neurons of SD rats treated with vitamin B1 and/or elevated pressure]. Yan ke xue bao = Eye science, 20, 259-263.

Yoon, S. P. and Kim, J. (2016) Poly(ADP-ribose) polymerase 1 contributes to oxidative stress through downregulation of sirtuin 3 during cisplatin nephrotoxicity. Anatomy & cell biology, 49, 165176.

Yu, C. Z., Liu, Y. P., Liu, S., Yan, M., Hu, S. J. and Song, X. J. (2014) Systematic administration of B vitamins attenuates neuropathic hyperalgesia and reduces spinal neuron injury following temporary spinal cord ischaemia in rats. European journal of pain, 18, 76-85.

Yusa, T. (1962) Studies on thiamine triphosphate. II. Thiamine triphosphate as phosphate donor. . Plant Cell Physiol., 3, 95-103.

Zastre, J. A., Sweet, R. L., Hanberry, B. S. and Ye, S. (2013) Linking vitamin B1 with cancer cell metabolism. Cancer & metabolism, 1, 16.

Zeng, K. L., Kuruvilla, S., Sanatani, M. and Louie, A. V. (2015) Bilateral Blindness Following Chemoradiation for Locally Advanced Oropharyngeal Carcinoma. Cureus, 7, e352.

Zhang, J. Y., Deng, Y. N., Zhang, M., Su, H. and Qu, Q. M. (2016) SIRT3 Acts as a Neuroprotective Agent in Rotenone-Induced Parkinson Cell Model. Neurochemical research, 41, 1761-1773.

Zhang, K., Huentelman, M. J., Rao, F. et al. (2014) Genetic implication of a novel thiamine transporter in human hypertension. Journal of the American College of Cardiology, 63, 1542-1555.

Zhang, Q., Yang, G., Li, W., Fan, Z., Sun, A., Luo, J. and Ke, Z. J. (2011) Thiamine deficiency

increases beta-secretase activity and accumulation of beta-amyloid peptides. Neurobiology of aging, 32, 42-53.

Zhang, X., Hernandez, I., Rei, D. et al. (2013) Diaminothiazoles modify Tau phosphorylation and improve the tauopathy in mouse models. The Journal of biological chemistry, 288, 2204222056.

Zhao, R., Gao, F., Wang, Y., Diaz, G. A., Gelb, B. D. and Goldman, I. D. (2001) Impact of the

reduced folate carrier on the accumulation of active thiamin metabolites in murine leukemia cells. The Journal of biological chemistry, 276, 1114-1118.

Zhao, R. and Goldman, I. D. (2013) Folate and thiamine transporters mediated by facilitative carriers (SLC19A1-3 and SLC46A1) and folate receptors. Molecular aspects of medicine, 34, 373-385.

Zhao, S., Ma, Y. and Huang, X. (2015) Trefoil factor 1 elevates the malignant phenotype of mucinous ovarian cancer cell through Wnt/beta-catenin signaling. International journal of clinical and experimental pathology, 8, 10412-10419.

Zhao, S., Xu, W., Jiang, W. et al. (2010) Regulation of cellular metabolism by protein lysine acetylation. Science, 327, 1000-1004.

Zylka, M. J., Sowa, N. A., Taylor-Blake, B., Twomey, M. A., Herrala, A., Voikar, V. and Vihko, P. (2008) Prostatic acid phosphatase is an ectonucleotidase and suppresses pain by generating adenosine. Neuron, 60, 111-122.