ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTEvaluation of the probe 2',7'-dichlorofluorescin as an indicator of reactive oxygen species formation and oxidative stressCarl P. LeBel, Harry Ischiropoulos, and Stephen C. BondyCite this: Chem. Res. Toxicol. 1992, 5, 2, 227–231Publication Date (Print):March 1, 1992Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 March 1992https://pubs.acs.org/doi/10.1021/tx00026a012https://doi.org/10.1021/tx00026a012research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views6322Altmetric-Citations2169LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

Aggregated α-synuclein proteins form brain lesions that are hallmarks of neurodegenerative synucleinopathies, and oxidative stress has been implicated in the pathogenesis of some of these disorders. Using antibodies to specific nitrated tyrosine residues in α-synuclein, we demonstrate extensive and widespread accumulations of nitrated α-synuclein in the signature inclusions of Parkinson's disease, dementia with Lewy bodies, the Lewy body variant of Alzheimer's disease, and multiple system atrophy brains. We also show that nitrated α-synuclein is present in the major filamentous building blocks of these inclusions, as well as in the insoluble fractions of affected brain regions of synucleinopathies. The selective and specific nitration of α-synuclein in these disorders provides evidence to directly link oxidative and nitrative damage to the onset and progression of neurodegenerative synucleinopathies.

Peroxynitrite (ONOO−), the reaction product of superoxide (O2−) and nitric oxide (NO), may be a major cytotoxic agent produced during inflammation, sepsis, and ischemia/reperfusion. Bovine Cu,Zn superoxide dismutase reacted with peroxynitrite to form a stable yellow protein-bound adduct identified as nitrotyrosine. The uv-visible spectrum of the peroxynitrite-modified superoxide dismutase was highly pH dependent, exhibiting a peak at 438 nm at alkaline pH that shifts to 356 nm at acidic pH. An equivalent uv-visible spectrum was obtained by Cu,Zn superoxide dismutase treated with tetranitromethane. The Raman spectrum of authentic nitrotyrosine was contained in the spectrum of peroxynitrite-modified Cu,Zn superoxide dismutase. The reaction was specific for peroxynitrite because no significant amounts of nitrotyrosine were formed with nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO2), nitrite (NO2−), or nitrate (NO3−). Removal of the copper from the Cu,Zn superoxide dismutase prevented formation of nitrotyrosine by peroxynitrite. The mechanism appears to involve peroxynitrite initially reacting with the active site copper to form an intermediate with the reactivity of nitronium ion (NO2+), which then nitrates tyrosine on a second molecule of superoxide dismutase. In the absence of exogenous phenolics, the rate of nitration of tyrosine followed second-order kinetics with respect to Cu,Zn superoxide dismutase concentration, proceeding at a rate of 1.0 ± 0.1 m−1 · s−1. Peroxynitrite-mediated nitration of tyrosine was also observed with the Mn and Fe superoxide dismutases as well as other copper-containing proteins.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTPeroxynitrite, a cloaked oxidant formed by nitric oxide and superoxideW. H. Koppenol, J. J. Moreno, William A. Pryor, H. Ischiropoulos, and J. S. BeckmanCite this: Chem. Res. Toxicol. 1992, 5, 6, 834–842Publication Date (Print):November 1, 1992Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 November 1992https://pubs.acs.org/doi/10.1021/tx00030a017https://doi.org/10.1021/tx00030a017research-articleACS PublicationsRequest reuse permissionsArticle Views1584Altmetric-Citations1068LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail Other access optionsGet e-Alertsclose Get e-Alerts

1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) damages the nigrostriatal dopaminergic pathway as seen in Parkinson's disease (PD), a common neurodegenerative disorder with no effective protective treatment. Consistent with a role of glial cells in PD neurodegeneration, here we show that minocycline, an approved tetracycline derivative that inhibits microglial activation independently of its antimicrobial properties, mitigates both the demise of nigrostriatal dopaminergic neurons and the formation of nitrotyrosine produced by MPTP. In addition, we show that minocycline not only prevents MPTP-induced activation of microglia but also the formation of mature interleukin-1beta and the activation of NADPH-oxidase and inducible nitric oxide synthase (iNOS), three key microglial-derived cytotoxic mediators. Previously, we demonstrated that ablation of iNOS attenuates MPTP-induced neurotoxicity. Now, we demonstrate that iNOS is not the only microglial-related culprit implicated in MPTP-induced toxicity because mutant iNOS-deficient mice treated with minocycline are more resistant to this neurotoxin than iNOS-deficient mice not treated with minocycline. This study demonstrates that microglial-related inflammatory events play a significant role in the MPTP neurotoxic process and suggests that minocycline may be a valuable neuroprotective agent for the treatment of PD.

2′,7′-Dichlorofluorescin and dihydrorhodamine 123 were evaluated as probes for detecting changes in intracellular H2O2 in cultured endothelial cells. Stable intracellular levels of these probes were established within 15 min of exposure to the probe in culture medium. With continued presence of the probe in the medium, intracellular levels were unchanged for 1 h. However, if medium without the probes was used after intracellular loading had occurred, there was a greater than 90% loss of intracellular dichlorofluorescin, dichlorofluorescein, and dihydrorhodamine 123 while intracellular rhodamine 123 decreased by only 15%. Exposure of endothelial cells to exogenous 100 μM H2O2 for 1 h increased intracellular rhodamine 123 by 83%, but there was a reproducible decrease of 53% in intracellular dichlorofluorescein. Exposure to 0.05 mM BCNU plus 10 mM aminotriazole for 2 h increased intracellular rhodamine 123 by 111%. In vitro studies of dihydrorhodamine 123 oxidation were similar to previous reports of dichlorofluorescin oxidation. Oxidation of dihydrorhodamine 123 does not occur with H2O2 alone, but is mediated by a variety of secondary H2O2-dependent intracellular reactions including H2O2-cytochrome c and H2O2-Fe2+. Our results suggest that detection of increased oxidation of these probes in endothelial cells is most useful as a marker of a change in general cellular oxidant production.

Peroxynitrite formation by rat alveolar macrophages activated with phorbol 12-myristate 13-acetate was assayed by the Cu,Zn superoxide dismutase-catalyzed nitration of 4-hydroxyphenylacetate. The inhibitor of nitric oxide synthesis N-methyl-l-arginine prevented the Cu,Zn Superoxide dismutase-catalyzed nitration of 4-hydroxyphenylacetate by stimulated macrophages, while Cu-depleted Zn superoxide dismutase did not catalyze the formation of 3-nitro-4-hydroxyphenylacetate either in vitro or in the presence of activated macrophages. The rate of phenolic nitration by activated macrophages was 9 ± 2 pmol · 106 cells−1 · min−1 (mean ± STD). Only 8% of synthetic peroxynitrite was trapped by superoxide dismutase, which suggested that the rate of peroxynitrite formation may have been as high as 0.11 nmol · 106 cells−1 · min−1. This upper estimate was consistent with N-methyl-l-arginine increasing the amount of superoxide detected with cytochrome c by 0.12 nmol · 106 cells−1 · min−1. The rate of nitrite and nitrate accumulation was 0.10 ± 0.001 nmol · 106 cells−1 · min−1, suggesting that the majority of nitric oxide produced by activated macrophages may have been converted to peroxynitrite. The formation of a relatively long lived, strong oxidant from the reaction of nitric oxide and superoxide in activated macrophages may contribute to inflammatory cell-mediated tissue injury.

Publisher Summary Nitric oxide (.NO) is an important and largely unrecognized mediator of oxygen radical injury because it contains an unpaired electron that readily combines with many free radicals. Endothelium and neurons produce nitric oxide as an intercellular messenger, which has important roles in vasoregulation and synaptic plasticity. Nitric oxide reacts rapidly with superoxide to form the strong oxidant, peroxynitrite anion (ONOO - ). Activated macrophages and neutrophils can produce nitric oxide and superoxide at similar rates. This chapter presents that essentially all of the nitric oxide produced by rat alveolar macrophages activated with phorbol ester is converted to peroxynitrite. Peroxynitrite is not a free radical because the unpaired electrons on nitric oxide and superoxide have combined to form a new N–O bond in peroxynitrite. Peroxynitrite anion can be stored for weeks in alkaline solution or even entrapped in solid forms. During its decomposition at physiological pH, peroxynitrite can produce some of the strongest oxidants known in a biological system, initiating reactions characteristic of hydroxyl radical, nitronium ion, and nitrogen dioxide. The unusual stability of peroxynitrite as an anion contributes to its toxicity by allowing it to diffuse far from its site of formation while being selectively reactive with cellular targets.

Superoxide dismutase and Fe3+EDTA catalyzed the nitration by peroxynitrite (ONOO−) of a wide range of phenolics including tyrosine in proteins. Nitration was not mediated by a free radical mechanism because hydroxyl radical scavengers did not reduce either superoxide dismutase or Fe3+EDTA-catalyzed nitration and nitrogen dioxide was not a significant product from either catalyst. Rather, metal ions appear to catalyze the heterolytic cleavage of peroxynitrite to form a nitronium-like species (NO2+). The calculated energy for separating peroxynitrous acid into hydroxide ion and nitronium ion is 13 kcal · mol−1 at pH 7.0. Fe3+EDTA catalyzed nitration with an activation energy of 12 kcal · mol−1 at a rate of 5700 m−1 · s−1 at 37 °C and pH 7.5. The reaction rate of peroxynitrite with bovine Cu,Zn superoxide dismutase was 105m−1 · s−1 at low superoxide dismutase concentrations, but the rate of nitration became independent of superoxide dismutase concentration above 10 μm with only 9% of added peroxynitrite yielding nitrophenol. We propose that peroxynitrite anion is more stable in the cis conformation, whereas only a higher energy species in the trans conformation can fit in the active site of Cu,Zn superoxide dismutase. At high superoxide dismutase concentrations, phenolic nitration may be limited by the rate of isomerization from the cis to trans conformations of peroxynitrite as well as by competing pathways for peroxynitrite decomposition. In contrast, Fe3+EDTA appears to react directly with the cis anion, resulting in greater nitration yields.

Nitric oxide reacts with superoxide to form peroxynitrite, which may be an important mediator of free radical-induced cellular injury. Oxidation of dihydrorhodamine to fluorescent rhodamine is a marker of cellular oxidant production. We investigated the mechanisms of peroxynitrite-mediated formation of rhodamine from dihydrorhodamine. Peroxynitrite at low levels (0–1000 nM) induced a linear, concentration-dependent, oxidation of dihydrorhodamine. Hydroxyl radical scavengers mannitol and dimethylsulfoxide had minimal effect (< 10%) on rhodamine production. Peroxynitrite-mediated formation of rhodamine was not dependent on metal ion catalyzed reactions because studies were performed in metal ion-free buffer and rhodamine formation was not enhanced in the presence of Fe3+ ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Thus, rhodamine formation appears to be mediated directly by peroxynitrite. Superoxide dismutase slightly enhanced rhodamine production. L-cysteine was an efficient inhibitor (KI ∼ 25 μM) of dihydrorhodamine oxidation through competetive oxidation of free sulfhydryls. Urate was also an efficient inhibitor (KI ∼ 2.5 μM), possibly by reduction of an intermediate dihydrorhodamine radical and recycling of dihydrorhodamine. Under anaerobic conditions, nitric oxide did not oxidize dihydrorhodamine and inhibited spontaneous oxidation of dihydrorhodamine. In the presence of oxygen, nitric oxide induces a relatively slow oxidation of dihydrorhodamine due to the formation of nitrogen dioxide. We conclude that dihydrorhodamine is a sensitive and efficient trap for peroxynitrite and may serve as a probe for peroxynitrite production.