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Antioxidant properties of calcium antagonists related to membrane biophysical interactions - 08/09/11

Doi : 10.1016/S0002-9149(99)00360-4 
R.Preston Mason, PhD a, , I.Tong Mak, PhD b, Mark W. Trumbore, PhD c, Pamela E. Mason, MS a
a Department of Biochemistry and Medicine, MCP-Hahnemann University School of Medicine, Pittsburgh, Pennsylvania, USA (RPM, PEM) 
b Division of Experimental Medicine, Departments of Medicine and Physiology, George Washington University Medical Center, Washington, DC, USA (ITM) 
c National Cancer Institute, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA (MWT) 

*Address for reprints: R. Preston Mason, PhD, Allegheny General Hospital, 320 East North Avenue, Pittsburgh, Pennsylvania 15212-4772

Abstract

The antioxidant activities of representative calcium antagonists, including amlodipine, verapamil, and diltiazem, were measured in hepatic microsomal membranes by the Fe-catalyzed, hydroxyl radical–producing system (dihydroxyfumarate + Fe3+) and assessed by malondialdehyde (MDA) formation. Despite the absence of L-type calcium channels in this membrane preparation, the calcium antagonists showed dose-dependent antioxidant activity. The biophysical mechanism for calcium-antagonist antioxidant activity was evaluated using radioligand binding assays, high-resolution differential scanning calorimetry, and small-angle x-ray diffraction approaches. These analyses demonstrated that calcium-antagonist antioxidant potency correlated directly with the compounds’ relative affinity for the membrane lipid bilayer and ability to modulate membrane thermodynamic properties (amlodipine >> verapamil > diltiazem). The charged 1,4-dihydropyridine calcium antagonist, amlodipine, had the highest affinity for the membrane lipid bilayer (KP >104) and produced the largest changes in membrane thermodynamic properties, including a reduction in thermal phase transition temperature (−11%), enthalpy (−14%), and cooperative unit size (−59%), relative to control phosphatidylcholine liposomes. Electron density profiles generated from x-ray diffraction data demonstrated that amlodipine effected a broad and dose-dependent increase in molecular volume associated with the membrane hydrocarbon core. These data indicate that lipophilic calcium antagonists inhibit lipid peroxidation in cellular membranes as a result of modulating physicochemical properties of the membrane lipid bilayer, independently of calcium channel inhibition. Amlodipine had the most potent antioxidant activity as a result of distinct biophysical interactions with the membrane lipid bilayer. The nonreceptor-mediated antioxidant activity of calcium antagonists may contribute to cytoprotective mechanisms of action in cardiovascular diseases.

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Vol 84 - N° 4S1

P. 16-22 - août 1999 Retour au numéro
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