mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-2019-1-137-140mimmun-1707Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АПОПТОЗА В УСЛОВИЯХ ЭКСПОЗИЦИИ СТАБИЛЬНЫМ СТРОНЦИЕМEXPERIMENTAL MODELING OF APOPTOSIS UNDER CONDITIONS OF STABLE STRONTIUM EXPOSUREДолгихО. В.DolgikhO. V.

д.м.н., профессор, заведующий отделом иммунобиологических методов диагностики

614045, г. Пермь, ул. Монастырская, 82. Тел.: 8 (342) 236-39-30. Факс: 8 (342) 237-25-34.

PhD, MD (Medicine), Professor, Head, Department of Immunobiological Diagnostic Methods

614045, Perm, Monastyrskaya str., 82.Phone: 7 (342) 236-39-30. Fax: 7 (342) 237-25-34.

oleg@fcrisk.ruЗайцеваН. В.ZaitsevaN. V.

д.м.н., профессор, академик РАН, научный руководитель

г. Пермь

PhD, MD (Medicine), Professor, Full Member, Russian Academy of Sciences, Research Director

Perm

ДиановаД. Г.DianovaD. G.

к.м.н., старший научный сотрудник лаборатории клеточных методов диагностики

г. Пермь

PhD (Medicine), Senior Research Associate, Laboratory of Cellular Diagnostics

Perm

КривцовА. В.KrivtsovA. V.

к.м.н., заведующий лабораторией иммуногенетики

г. Пермь

PhD (Medicine), Head, Laboratory of Immunogenetics

Perm

СтарковаК. Г.StarkovaK. D.

к.б.н., заведующая лабораторией иммунологии и аллергологии

г. Пермь

PhD (Biology), Head, Laboratory of Immunology and Allergology

Perm

ОтавинаЕ. А.OtavinaE. A.

младший научный сотрудник лаборатории иммунологии и аллергологии

г. Пермь

Junior Research Associate, Laboratory of Immunology and Allergology

Perm

ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»РоссияFederal Research Center for Medical and Preventive Health Risk Management TechnologiesRussian Federation201924012019211137140Copyright © Долгих О.В., Зайцева Н.В., Дианова Д.Г., Кривцов А.В., Старкова К.Г., Отавина Е.А., 20192019Долгих О.В., Зайцева Н.В., Дианова Д.Г., Кривцов А.В., Старкова К.Г., Отавина Е.А.Dolgikh O.V., Zaitseva N.V., Dianova D.G., Krivtsov A.V., Starkova K.D., Otavina E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/1707

Высокорегулируемую форму запрограммированной смерти клетки с характерными морфологическими и биохимическими признаками определяют как апоптоз. Разнообразные факторы, в том числе и металлы, способны оказывать воздействие на интенсивность протекания реакции запрограммированной клеточной гибели. Цель работы – моделирование в системе in vitro апоптоза в условиях экспозиции стабильным стронцием. Обследовали детское население, потребляющее питьевую воду с повышенным содержанием стронция (Sr2+) (n = 49). Уровень апоптоза лимфоцитов определяли на проточном цитометре с помощью окрашивания аннексином V, конъюгированным с FITC (AnnV-FITC), и пропидиум йодидом (PI), определяли AnnV-FITC+PI- – ранний апоптоз, AnnV-FITC+PI+ – поздний апоптоз и некроз. Лейкоциты, выделенные у обследуемого контингента, инкубировали со Sr2+ в концентрации 7,0 мг/дм3 (концентрация, соответствующая ПДК для воды водных объектов) в течение 4 часов при 37 ºС. Экспрессию маркеров апоптоза CD95 и р53 проводили методом проточной цитометрии с использованием меченых моноклональных антител. Экспозиция стронцием in vitro характеризовалась достоверным снижением уровня экспрессии регуляторных факторов апоптоза мембранного маркера CD95 и внутриклеточного транскрипционного белка р53 в 1,56 раза и в 1,68 раза соответственно. Одновременно отмечено достоверное уменьшение в 4,68 раза количества AnnV-FITC+PI- клеток, а также статистически значимое повышение в 1,35 раза процентного содержания AnnV-FITC+PI+ клеток. Кроме того, во всех пробах количество AnnV-FITC+PI- лимфоцитов было ниже физиологической нормы и контрольных значений, а количество проб, где содержание AnnV-FITC+PI+ лимфоцитов превышало установленные нормативы и контрольные значения, составляло 30,8%. Таким образом, экспериментально доказано, что стронций в концентрации, соответствующей ПДК для водных объектов, с высокой степенью достоверности ингибирует гибель клетки по пути апоптоза с переключением на реализацию клеточной гибели путем некроза по критерию содержания фосфатидилсерина, выявляемого в тесте с аннексином V. Полученные данные выявили способность стронция оказывать существенное воздействие на показатели регуляции и поддержания клеточного гомеостаза, влияя на интенсивность протекания процесса апоптоза смещением баланса в сторону реализации клеточной гибели путем некроза и снижая экспрессию регуляторных факторов. Результаты исследования могут использоваться для идентификации и обоснования маркерных показателей нарушений иммунного ответа при оценке внешнесредового воздействия стронция на здоровье населения в условиях специфического факторного окружения.

Apoptosis is defined as a highly regulated form of programmed cell death with typical morphological and biochemical features. A variety of factors, including heavy metals, may influence the intensity of programmed cell death. The aim of the work was to simulate apoptosis in an in vitrosystem under the conditions of stable strontium exposure. The children’s population consuming drinking water with high strontium (Sr2+) content (n = 49) was observed. The level of lymphocyte apoptosis was determined with flow cytometry technique, by means of labeled annexin V-FITC conjugate (AnnV-FITC) and propidium iodide (PI) staining. AnnV-FITC+PI- cells were regarded as early apoptotic forms, whereas late apoptotic and/or necrotic cells were AnnV-FITC+PI+. The isolated leukocytes were incubated with Sr2+ at a concentration of 7.0 mg/l, the maximal permitted concentration (MPC) for water of aqueous objects, for 4 hours at 37 ºC. Expression of CD95 and p53 apoptosis markers was performed by flow cytometry using labeled monoclonal antibodies.In vitroexposure to strontium was associated with significantly decreased expression of apoptosisregulating factors, i.e., membrane marker CD95 and intracellular transcription protein p53, 1.56- and 1.68-fold, respectively. Meanwhile, we revealed a significantly (4.68-fold) decreased amounts of AnnV-FITC+PI--cells, as well as a statistically significant (1.35-fold) increase of the AnnV-FITC+PI+-cells. Moreover, the amounts of AnnV-FITC+ PI--lymphocytes in all samples were below the physiological ranges and control values. The number of samples with higher contents of AnnV-FITC+PI+-lymphocyte exceeding the established standards and control values, was 30.8%. Thus, it has been experimentally proven that strontium, at a concentration corresponding to MPC for water objects may significantly inhibit cell death along apoptotic pathways, with switching to necrotic cell death mechanisms, according to phosphatidylserine contents, as detected by annexin V binding test. The data have revealed an ability of strontium to have a significant effect upon the parameters of regulation and maintenance of cellular homeostasis, by influencing the apoptosis intensity, due to shifting a balance towards necrosis and reducing expression of apoptosis-regulating factors. The results of this study may be used in order to identify some marker indexes of immune disorders potentially induced by external influence of strontium upon human health under specific environmental factors.

иммунный статусклеточный маркерапоптозстабильный стронцийэкспериментальное моделированиепроточная цитометрияimmune statuscell markersapoptosisstable strontiumexperimental modelingflow cytometryReferencesДианова Д.Г., Вдовина Н.А., Пирогова Е.А., Рочев В.П. Количественная оценка биомаркеров апоптоза и клеточной регуляции у детей с повышенным содержанием стронция в организме // Российский иммунологический журнал, 2015. Т. 9 (18), № 2 (1). С. 129-131. [Dianova D.G., Vdovina N.A., Pirogova E.A., Rochev V.P. Quantitative evaluation of biomarkers of the apoptosis and cell regulation in children having high concentration of strontium in a body. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2015, Vol. 9 (18), no. 2 (1), pp. 129-131. (In Russ.)]Дианова Д.Г., Вдовина Н.А., Пирогова Е.А., Рочев В.П. Количественная оценка биомаркеров апоптоза и клеточной регуляции у детей с повышенным содержанием стронция в организме // Российский иммунологический журнал, 2015. Т. 9 (18), № 2 (1). С. 129-131. [Dianova D.G., Vdovina N.A., Pirogova E.A., Rochev V.P. Quantitative evaluation of biomarkers of the apoptosis and cell regulation in children having high concentration of strontium in a body. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2015, Vol. 9 (18), no. 2 (1), pp. 129-131. (In Russ.)]Зайцева Н.В., Долгих О.В., Дианова Д.Г. Особенности иммунологических и генетических наруше-ний человека в условиях дестабилизации среды обитания. Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2016. 300 c. [Zaytseva N.V., Dolgikh O.V., Dianova D.G. Immunological and genetic features of human disorders in conditions of environmental destabilization]. Perm: Publishing House of the Perm National Research Polytechnic University, 2016. 300 p.Зайцева Н.В., Долгих О.В., Дианова Д.Г. Особенности иммунологических и генетических наруше-ний человека в условиях дестабилизации среды обитания. Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2016. 300 c. [Zaytseva N.V., Dolgikh O.V., Dianova D.G. Immunological and genetic features of human disorders in conditions of environmental destabilization]. Perm: Publishing House of the Perm National Research Polytechnic University, 2016. 300 p.Agostini M., Tucci P., Melino G. Cell death pathology: perspective for human diseases. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2011, Vol. 414, no. 3, pp. 451-455.Agostini M., Tucci P., Melino G. Cell death pathology: perspective for human diseases. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2011, Vol. 414, no. 3, pp. 451-455.Aimaiti A., Maimaitiyiming A., Boyong X., Aji K., Li C., Cui L. Low-dosestrontium stimulates osteogenesis but high-dose doses cause apoptosis in human adipose-derived stem cells via regulation of the ERK1/2 signaling pat hway. Stem Cell Res. Ther., 2017, Vol. 8, no. 1, p. 282.Aimaiti A., Maimaitiyiming A., Boyong X., Aji K., Li C., Cui L. Low-dosestrontium stimulates osteogenesis but high-dose doses cause apoptosis in human adipose-derived stem cells via regulation of the ERK1/2 signaling pat hway. Stem Cell Res. Ther., 2017, Vol. 8, no. 1, p. 282.Duramad P., Holland N.T. Biomarkers of immunotoxicity for environmental and public health research. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2011, Vol. 8, no. 5, pp. 1388-1401.Duramad P., Holland N.T. Biomarkers of immunotoxicity for environmental and public health research. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2011, Vol. 8, no. 5, pp. 1388-1401.Favaloro B., Allocati N., Graziano V., di Ilio C., de Laurenzi V. Role of apoptosis in disease. Aging (Albany NY), 2012, Vol. 4, no. 5, pp. 330-349.Favaloro B., Allocati N., Graziano V., di Ilio C., de Laurenzi V. Role of apoptosis in disease. Aging (Albany NY), 2012, Vol. 4, no. 5, pp. 330-349.Li K., Wu D., Chen X., Zhang T., Zhang L., Yi Y., Miao Z., Jin N., Bi X., Wang H., Xu J., Wang D. Current and emerging biomarkers of cell death in human disease. Biomed. Res. Int., 2014, Vol. 2014, 690103. doi: 10.1155/2014/690103.Li K., Wu D., Chen X., Zhang T., Zhang L., Yi Y., Miao Z., Jin N., Bi X., Wang H., Xu J., Wang D. Current and emerging biomarkers of cell death in human disease. Biomed. Res. Int., 2014, Vol. 2014, 690103. doi: 10.1155/2014/690103.Nagata S., Tanaka M. Programmed cell death and the immune system. Nat. Rev. Immunol., 2017, Vol. 17, no. 5, pp. 333-340.Nagata S., Tanaka M. Programmed cell death and the immune system. Nat. Rev. Immunol., 2017, Vol. 17, no. 5, pp. 333-340.Pilmane M., Salma-Ancane K., Loca D., Locs J., Berzina-Cimdina L. Strontium and strontium ranelate: Historical review of some of their functions. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl., 2017, Vol. 78, pp. 1222-1230.Pilmane M., Salma-Ancane K., Loca D., Locs J., Berzina-Cimdina L. Strontium and strontium ranelate: Historical review of some of their functions. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl., 2017, Vol. 78, pp. 1222-1230.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.