Фитогормоны оказывают влияние на дифференцировочный статус дермальных фибробластов человека путём активации UPR

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Нормализация секреторной активности и уровня дифференцировки клеток мезенхимного происхождения, в том числе фибробластов, является одной из важных биомедицинских проблем. Одним из решений этой проблемы является воздействие на сигнальный каскад «ответ на неправильно свёрнутые белки» (UPR), который активируется при дифференцировке фибробластов. В настоящем исследовании было изучено влияние фитогормонов на секреторную активность и дифференцировку культивируемых дермальных фибробластов человека. С помощью анализа уровня экспрессии генов, кодирующих маркеры UPR, в этих клетках мы установили, что фитогормон абсцизовая кислота (АБК) повышала экспрессию генов GRP78 и ATF4, а фитогормон гиббереллиновая кислота (ГК) повышала экспрессию CHOP. Оценка секреторно-синтетической активности фибробластов показала, что АБК увеличивала уровень секреции и синтеза проколлагена I и уровень синтеза фибронектина, а также общую продукцию коллагеновых и неколлагеновых белков внеклеточного матрикса дермальными фибробластами. Кроме того, АБК стимулировала синтез маркера миофибробластов гладкомышечного актина α (α-SMA) и повышала количество миофибробластов в клеточной популяции. Напротив, ГК увеличивала уровень секреции фибронектина, но снижала уровень синтеза проколлагена I, а также общей продукции коллагеновых белков внеклеточного матрикса. Кроме того, при действии ГК снижался уровень синтеза α-SMA и количество миофибробластов в клеточной популяции. Наши результаты дают основания полагать, что фитогормоны являются модуляторами секреторно-синтетической активности фибробластов и оказывают влияние на их дифференцировочный статус.

Об авторах

Е. П Турищева

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

Email: kitten-caterina@yandex.ru
119991 Москва, Россия

М. С Вильданова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

119991 Москва, Россия

П. А Вишнякова

Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова Министерства здравоохранения РФ;Российский университет дружбы народов

117997 Москва, Россия;117198 Москва, Россия

Д. К Матвеева

ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН

123007 Москва, Россия

А. А Саидова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

119991 Москва, Россия

Г. Е Онищенко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

119991 Москва, Россия

Е. А Смирнова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет

119991 Москва, Россия

Список литературы

  1. Desai, V. D., Hsia, H. C., and Schwarzbauer, J. E. (2014) Reversible modulation of myofibroblast differentiation in adipose-derived mesenchymal stem cells, PLoS One, 9, e86865, doi: 10.1371/journal.pone.0086865.
  2. Heindryckx, F., Binet, F., Ponticos, M., Rombouts, K., Lau, J., et al. (2016) Endoplasmic reticulum stress enhances fibrosis through IRE 1α-mediated degradation of miR-150 and XBP-1 splicing, EMBO Mol. Med., 8, 729-744, doi: 10.15252/emmm.201505925.
  3. Hinz, B. (2016) The role of myofibroblasts in wound healing, Curr. Res. Transl. Med., 64, 171-177, doi: 10.1016/j.retram.2016.09.003.
  4. Ko, U. H., Choi, J., Choung, J., Moon, S., and Shin, J. H. (2019) Physicochemically tuned myofibroblasts for wound healing strategy, Sci. Rep., 9, 16070, doi: 10.1038/s41598-019-52523-9.
  5. Las Heras, K., Igartua, M., Santos-Vizcaino, E., and Hernandez, R. M. (2020) Chronic wounds: Current status, available strategies and emerging therapeutic solutions, J. Control. Release, 328, 532-550, doi: 10.1016/j.jconrel.2020.09.039.
  6. Zou, M. L., Teng, Y. Y., Wu, J. J., Liu, S. Y., Tang, X. Y., Jia, Y., Chen, Z. H., Zhang, K. W., Sun, Z. L., Li, X., Ye, J. X., Xu, R. S., and Yuan, F. L. (2021) Fibroblasts: heterogeneous cells with potential in regenerative therapy for scarless wound healing, Front. Cell Dev. Biol., 9, 713605, doi: 10.3389/fcell.2021.713605.
  7. Talchai, C., Xuan, S., Lin, H. V., Sussel, L., and Accili, D. (2012) Pancreatic β cell dedifferentiation as a mechanism of diabetic β cell failure, Cell, 150, 1223-1234, doi: 10.1016/j.cell.2012.07.029.
  8. Efrat, S. (2019) Beta-cell dedifferentiation in type 2 diabetes: concise review, STEM Cells, 37, 1267-1272, doi: 10.1002/stem.3059.
  9. Lenghel, A., Gheorghita, A. M., Vacaru, A. M., and Vacaru, A.-M. (2021) What is the sweetest UPR flavor for the β-cell? That is the question, Front. Endocrinol., 11, 614123, doi: 10.3389/fendo.2020.614123.
  10. Eastell, R., O'Neill, T. W., Hofbauer, L. C., Langdahl, B., Reid, I. R., Gold, D. T., and Cummings, S. R. (2016) Postmenopausal osteoporosis, Nat. Rev. Dis. Primers, 2, 16069, doi: 10.1038/nrdp.2016.69.
  11. Zhang, W., Feng, D., Li, Y., Iida, K., McGrath, B., and Cavener, D. R. (2006) PERK EIF2AK3 control of pancreatic β cell differentiation and proliferation is required for postnatal glucose homeostasis, Cell Metab., 4, 491-497, doi: 10.1016/j.cmet.2006.11.002.
  12. Saito, A., Ochiai, K., Kondo, S., Tsumagari, K., Murakami, T., Cavener, D. R., and Imaizumi, K. (2011) Endoplasmic reticulum stress response mediated by the PERK-eIF2-ATF4 pathway is involved in osteoblast differentiation induced by BMP2, J. Biol. Chem., 286, 4809-4818, doi: 10.1074/jbc.M110.152900.
  13. Baek, H. A., Kim, D. S., Park, H. S., Jang, K. Y., Kang, M. J., Lee, D. G., Moon, W. S., Chae, H. J., and Chung, M. J. (2012) Involvement of endoplasmic reticulum stress in myofibroblastic differentiation of lung fibroblasts, Am. J. Resp. Cell Mol., 46, 731-739, doi: 10.1165/rcmb.2011-0121OC.
  14. Jang, W.-G., Kim, E.-J., Kim, D.-K., Ryoo, H.-M., Lee, K.-B., Kim, S. H., Choi, H. S., and Koh, J. T. (2012) BMP2 protein regulates osteocalcin expression via Runx2-mediated Atf6 gene transcription, J. Biol. Chem., 287, 905-915, doi: 10.1074/jbc.M111.253187.
  15. Chan, J. Y., Luzuriaga, J., Bensellam, M., Biden, T. J., and Laybutt, D. R. (2013) Failure of the adaptive unfolded protein response in islets of obese mice is linked with abnormalities in β-cell gene expression and progression to diabetes, Diabetes, 62, 1557-1568, doi: 10.2337/db12-0701.
  16. Matsuzaki, S., Hiratsuka, T., Taniguchi, M., Shingaki, K., Kubo, T., Kiya, K., Fujiwara, T., Kanazawa, S., Kanematsu, R., Maeda, T., Takamura, H., Yamada, K., Miyoshi, K., Hosokawa, K., Tohyama, M., and Katayama, T. (2015) Physiological ER stress mediates the differentiation of fibroblasts, PLoS One, 10, e0123578, doi: 10.1371/journal.pone.0123578.
  17. Chen, Y. C., Chen, B. C., Huang, H. M., Lin, S. H., and Lin, C. H. (2019) Activation of PERK in ET-1-and thrombin-induced pulmonary fibroblast differentiation: inhibitory effects of curcumin, J. Cell. Physiol., 234, 15977-15988, doi: 10.1002/jcp.28256.
  18. Turishcheva, E., Vildanova, M., Onishchenko, G., and Smirnova, E. (2022) The role of endoplasmic reticulum stress in differentiation of cells of mesenchymal origin, Biochemistry (Moscow), 87, 916-931, doi: 10.1134/S000629792209005X.
  19. Budovsky, A., Yarmolinsky, L., and Ben-Shabat, S. (2015) Effect of medicinal plants on wound healing, Wound Repair Regen., 23, 171-183, doi: 10.1111/wrr.12274.
  20. Alamgir, A. N. M. (2018) Therapeutic Use of Medicinal Plants and Their Extracts: Volume 2. Phytochemistry and Bioactive Compounds, Springer Cham, doi: 10.1007/978-3-319-92387-1.
  21. Addis, R., Cruciani, S., Santaniello, S., Bellu, E., Sarais, G., Ventura, C., Maioli, M., and Pintore, G. (2020) Fibroblast proliferation and migration in wound healing by phytochemicals: evidence for a novel synergic outcome, Int. J. Med. Sci., 17, 1030-1042, doi: 10.7150/ijms.43986.
  22. Sharma, A., Khanna, S., Kaur, G., and Singh, I. (2021) Medicinal plants and their components for wound healing applications, Futur. J. Pharm. Sci., 7, 53, doi: 10.1186/s43094-021-00202-w.
  23. Kasamatsu, A., Iyoda, M., Usukura, K., Sakamoto, Y., Ogawara, K., Shiiba, M., Tanzawa, H., and Uzawa, K. (2012) Gibberellic acid induces α-amylase expression in adipose-derived stem cells, Int. J. Mol. Med., 30, 243-247, doi: 10.3892/ijmm.2012.1007.
  24. Vildanova, M., Vishnyakova, P., Saidova, A., Konduktorova, V., Onishchenko, G., and Smirnova, E. (2021) Gibberellic acid initiates ER stress and activation of differentiation in cultured human immortalized keratinocytes HaCaT and epidermoid carcinoma cells A431, Pharmaceutics, 13, 1813, doi: 10.3390/pharmaceutics13111813.
  25. Bruzzone, S., Bodrato, N., Usai, C., Guida, L., Moreschi, I., Nano, R., Antonioli, B., Fruscione, F., Magnone, M., Scarfì, S., De Flora, A., and Zocchi, E. (2008) Abscisic acid is an endogenous stimulator of insulin release from human pancreatic islets with cyclic ADP ribose as second messenger, J. Biol. Chem., 283, 32188-32197, doi: 10.1074/jbc.M802603200.
  26. Bruzzone, S., Magnone, M., Mannino, E., Sociali, G., Sturla, L., Fresia, C., Booz, V., Emionite, L., De Flora, A., and Zocchi, E. (2015) Abscisic acid stimulates glucagon-like peptide-1 secretion from L-cells and its oral administration increases plasma glucagon-like peptide-1 levels in rats, PLoS One, 10, e0140588, doi: 10.1371/journal.pone.0140588.
  27. Bruzzone, S., Battaglia, F., Mannino, E., Parodi, A., Fruscione, F., Basile, G., Salis, A., Sturla, L., Negrini, S., Kalli, F., Stringara, S., Filaci, G., Zocchi, E., and Fenoglio, D. (2012) Abscisic acid ameliorates the systemic sclerosis fibroblast phenotype in vitro, Biochem. Biophys. Res. Commun., 422, 70-74, doi: 10.1016/j.bbrc.2012.04.107.
  28. Zhang, W., Chen, D.-Q., Qi, F., Wang, J., Xiao, W.-Y., and Zhu, W. Z. (2010) Inhibition of calcium-calmodulin-dependent kinase ii suppresses cardiac fibroblast proliferation and extracellular matrix secretion, J. Cardiovasc. Pharmacol., 55, 96-105, doi: 10.1097/FJC.0b013e3181c9548b.
  29. Матвеева Д. К., Андреева Е. Р., Буравкова Л. Б. (2019) Выбор оптимального протокола получения децеллюляризованного внеклеточного маткрикса мезенхимальных стромальных клеток из жировой ткани человека, Вестн. Моск. Унив., 74, 294-300.
  30. Basalova, N., Sagaradze, G., Arbatskiy, M., Evtushenko, E., Kulebyakin, K., Grigorieva, O., Akopyan, Z., Kalinina, N., and Efimenko, A. (2020) Secretome of mesenchymal stromal cells prevents myofibroblasts differentiation by transferring fibrosis-associated microRNAs within extracellular vesicles, Cells, 9, 1272, doi: 10.3390/cells9051272.
  31. Zhivodernikov, I. V., Ratushnyy, A. Yu., Matveeva, D. K., and Buravkova, L. B. (2020) Extracellular matrix proteins and transcription of matrix-associated genes in mesenchymal stromal cells during modeling of the effects of microgravity, Bull. Exp. Biol. Med., 170, 230-232, doi: 10.1007/s10517-020-05040-z.
  32. Grigorieva, O. A., Vigovskiy, M. A., Dyachkova, U. D., Basalova, N. A., Aleksandrushkina, N. A., Kulebyakina, M. A., Zaitsev, I. L., Popov, V. S., and Efimenko, A. Y. (2021) Mechanisms of endothelial-to-mesenchymal transition induction by extracellular matrix components in pulmonary fibrosis, Bull. Exp. Biol. Med., 171, 523-531, doi: 10.1007/s10517-021-05264-7.
  33. Yang, M. C., O'Connor, A. J., Kalionis, B., and Heath, D. E. (2022) Improvement of mesenchymal stromal cell proliferation and differentiation via decellularized extracellular matrix on substrates with a range of surface chemistries, Front. Med. Technol., 4, 834123, doi: 10.3389/fmedt.2022.834123.
  34. 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 Biol., 3, RESEARCH0034, doi: 10.1186/gb-2002-3-7-research0034.
  35. Турищева E. П., Вильданова М. С., Поташникова Д. М., Смирнова Е. А. (2020) Различная реакция биосинтетической системы дермальных фибробластов и клеток фибросаркомы человека на действие растительных гормонов, Цитология, 62, 566-580, doi: 10.31857/S0041377120080088.
  36. Kendall, R. T., and Feghali-Bostwick, C. A. (2014) Fibroblasts in fibrosis: novel roles and mediators, Front. Pharmacol., 5, 123, doi: 10.3389/fphar.2014.00123.
  37. Bonnans, C., Chou, J., and Werb, Z. (2014) Remodelling the extracellular matrix in development and disease, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 15, 786-801, doi: 10.1038/nrm3904.
  38. Vega-Avila, E., and Pugsley, M. K. (2011) An overview of colorimetric assay methods used to assess survival or proliferation of mammalian cells, Proc. West. Pharmacol. Soc., 54, 10-14.
  39. Sicari, D., Delaunay-Moisan, A., Combettes, L., Chevet, E., and Igbaria, A. (2020) A guide to assessing endoplasmic reticulum homeostasis and stress in mammalian systems, FEBS J., 287, 27-42, doi: 10.1111/febs.15107.
  40. Hetz, C. (2012) The unfolded protein response: controlling cell fate decisions under ER stress and beyond, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 13, 89-102, doi: 10.1038/nrm3270.
  41. Albacete-Albacete, L., Sanchez-Alvarez, M., and Del Pozo, M. A. (2021) Extracellular vesicles: an emerging mechanism governing the secretion and biological roles of tenascin-C, Front. Immunol., 12, 671485, doi: 10.3389/fimmu.2021.671485.
  42. Chen, X., Ding, C., Liu, W., Liu, X., Zhao, Y., Zheng, Y., Dong, L., Khatoon, S., Hao, M., Peng, X., Zhang, Y., and Chen, H. (2021) Abscisic acid ameliorates oxidative stress, inflammation, and apoptosis in thioacetamide-induced hepatic fibrosis by regulating the NF-kB signaling pathway in mice, Eur. J. Pharmacol., 891, 173652, doi: 10.1016/j.ejphar.2020.173652.
  43. Song, M., Peng, H., Guo, W., Luo, M., Duan, W., Chen, P., and Zhou, Y. (2019) Cigarette smoke extract promotes human lung myofibroblast differentiation by the induction of endoplasmic reticulum stress, Respiration, 98, 347-356, doi: 10.1159/000502099.
  44. Huang, W., Gu, H., Zhan, Z., Wang, R., Song, L., Zhang, Y., Zhang, Y., Li, S., Li, J., Zang, Y., Li, Y., and Qian, B. (2021) The plant hormone abscisic acid stimulates megakaryocyte differentiation from human iPSCs in vitro, Platelets, 33, 462-470, doi: 10.1080/09537104.2021.1944616.
  45. Kovuru, N., Raghuwanshi, S., Sharma, D. S., Dahariya, S., Pallepati, A., and Gutti, R. K. (2020) Endoplasmic reticulum stress induced apoptosis and caspase activation is mediated through mitochondria during megakaryocyte differentiation, Mitochondrion, 50, 115-120, doi: 10.1016/j.mito.2019.10.009.
  46. Tai, Y., Woods, E. L., Dally, J., Kong, D., Steadman, R., Moseley, R., and Midgley, A. C. (2021) Myofibroblasts: function, formation, and scope of molecular therapies for skin fibrosis, Biomolecules, 11, 1095, doi: 10.3390/biom11081095.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023