mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-SEO-2082mimmun-2082Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSCтимулирующее влияние дрожжевой двуспиральной РНК на активность генов белков системы интерферонаStimulating effect of double-stranded yeast RNA on the activity of interferon system geneshttps://orcid.org/0000-0002-3761-7798БатеневаА. В.BatenevaA. V.

Батенева Алена Владимировна – научный сотрудник отдела биологических исследований

633010, Новосибирская обл., г. Бердск, ул. Химзаводская, 9

 

Bateneva Alena V., Research Associate, Department of Biological Research, Institute of Medical Biotechnology

633010, Novosibirsk Region, Berdsk, Khimzavodskaya str., 9

 

bateneva_av@vector.nsc.ruГамалейС. Г.GamaleyS. G.

Гамалей Светлана Григорьевна – заведующая отделом биологических исследований

Gamaley Svetlana G., Head, Department of Biological Research, Institute of Medical Biotechnology

Berdsk, Novosibirsk Region

gamaley_sg@vector.nsc.ruЛебедевЛ. Р.DanilenkoE. D.

Лебедев Леонид Рудольфович – доктор биологических наук, заведующий лабораторией нуклеиновых кислот и рекомбинантных белков

г. Бердск, Новосибирская область

Danilenko Elena D., PhD (Biology), Director, Institute of Medical Biotechnology

Berdsk, Novosibirsk Region

lebedev_lr@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5026-1602ДаниленкоЕ. Д.LebedevR. L.

Даниленко Елена Дмитриевна – кандидат биологических наук, директор

г. Бердск, Новосибирская область

Lebedev Leonid R., PhD, MD (Biology), Head, Laboratory of Nucleic Acids and Recombinant Proteins, Institute of Medical Biotechnology

Berdsk, Novosibirsk Region

danilenko_ed@vector.nsc.ruИнститут медицинской биотехнологии ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии „Вектор“» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаState Research Center for Virology and Biotechnology “Vector”20203112202022611551162Copyright © Батенева А.В., Гамалей С.Г., Лебедев Л.Р., Даниленко Е.Д., 20212021Батенева А.В., Гамалей С.Г., Лебедев Л.Р., Даниленко Е.Д.Bateneva A.V., Gamaley S.G., Danilenko E.D., Lebedev R.L.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/2082

В культуре клеток мышиных гистиоцитов J774 и in vivo на мышах линии Balb/c исследовано влияние двуспиральной РНК (дсРНК) из дрожжей Saccharomyces cerevisiae на уровень экспрессии макрофагами генов, кодирующих рецептор TLR3, интерфероны альфа и бета (IFNα, IFNβ), ферменты 2’,5’-олигоаденилатсинтетазу (OAS) и протеинкиназу R (PKR). Продемонстрировано избирательное активирующее действие дсРНК в отношении генов рецептора TLR3 и противовирусных белков IFNα, IFNβ и OAS как в условиях in vitro, так и in vivo. В культуре клеток J774 наиболее высокая кратность индукции наблюдалась в отношении гена IFNβ – в 365-802 раза. Эффект стимуляции возрастал в зависимости от дозы дсРНК в диапазоне от 16,9 до 125 мкг/мл. Препарат в меньшей степени усиливал активность генов IFNα (более чем в 10 раз), TLR3 и OAS (в 3-4 раза), при этом уровень экспрессии данных генов существенно не зависел от дозы препарата. В перитонеальных макрофагах мышей стимулирующее влияние дсРНК носило дозозависимый характер. Максимальный активирующий эффект препарата был обнаружен при введении эффективной противовирусной дозы (0,5 мг/кг по дсРНК). Через 5 ч после внутрибрюшинного введения дсРНК наиболее высокий уровень синтеза мРНК был отмечен в отношении генов IFNα (в 54 раза), OAS (в 43 раза) и TLR3 (в 28 раз). Экспрессия гена IFNβ возрастала в меньшей степени (в 9 раз). Увеличение дозы препарата до 1,5 мг/кг приводило к снижению эффекта стимуляции. Уровень экспрессии генов IFNα, TLR3 и OAS в этом случае снижался в 2-4 раза по сравнению с меньшей дозой, а экспрессия гена PKR – в 5 раз относительно контроля. Через сутки после введения дсРНК наблюдалась тенденция к снижению транскрипции генов макрофагов по сравнению с первым сроком в обеих опытных группах. Ослабление генной активности у животных, получавших препарат в дозе 1,5 мг/кг, было выражено в меньшей степени. Более высокими в этот период оставались показатели транскрипции генов IFNβ, OAS и TLR3 (в 5-10 раз выше контрольных значений). Динамика транскрипции гена PKR значительно отличалась от экспрессии других генов в обеих экспериментальных системах. Препарат дсРНК в использованных дозах не оказывал выраженного стимулирующего влияния на экспрессию данного гена. Умеренное по величине повышение активности гена PKR в макрофагах мышей было отмечено лишь через сутки после внутрибрюшинного введения препарата. Как известно, критическими факторами активации гена PKR являются концентрация и длина молекул дсРНК. Способность к повышению экспрессии гена проявляется при низких концентрациях дсРНК (10-7 г/мл и ниже), при этом высокополимерные дсРНК ослабляют генную активность. Поскольку в проведенных нами экспериментах дозы и концентрации препарата дсРНК значительно отличались от вышеуказанных, в совокупности это могло повлиять на регуляцию транскрипции гена PKR в сторону ослабления стимулирующего эффекта.

Influence of double-stranded RNA (dsRNA) from Saccharomyces cerevisiae yeast upon expression levels of the macrophage genes encoding TLR3 receptor, interferons alpha and beta (IFNα, IFNβ), 2’,5’-oligoadenylate synthetase (OAS) and protein kinase R (PKR) enzymes has been studied in the J774 mouse histiocytic cell culture and in vivo in Balb/c mice. It has been shown that dsRNA exerts a selective activating effect on genes of TLR3 receptor, antiviral proteins IFNα, IFNβ, and OAS, both in vitro and in vivo. With J774 cell culture, the highest induction capacity was observed for the IFNβ gene: 365 to 802-fold. The stimulatory effect was dependent on the dose of dsRNA in the range of 16.9 to 125 μg/ml. The preparation enhanced IFNα gene activity to lesser degree (more than 10-fold), TLR3 and OAS (3 to 4-fold), while the expression levels for these genes were not significantly dependent on the dose of dsRNA. The stimulating effect of dsRNA was dosedependent in murine peritoneal macrophages. The maximum activating effect of the preparation was shown upon administration of the effective antiviral dose (0.5 mg of dsRNA/kg). Five hours after intraperitoneal injection of dsRNA, the highest level of mRNA synthesis was observed for IFNα (54-fold), OAS (43-fold) and TLR3 (28-fold) genes. Expression of the IFNβ gene increased to a lesser degree (9-fold). An increase in the dose of preparation to 1.5 mg/kg led to decrease of the stimulatory effect. Expression levels of the IFNα, TLR3, and OAS genes in that case decreased by 2-4-fold as compared to a lower dose, and the PKR gene expression was 5-fold lower compared to the control. One day after dsRNA administration, a tendency was observed for both experimental groups towards a decreased transcription of macrophage genes, if compared with the 5-hour term. The weakening of gene activity was less pronounced in animals treated with dsRNA at the dose of 1.5 mg/kg. The transcription indices for IFNβ, OAS, and TLR3 genes were much higher during this period (5-10-fold higher than the control values). The dynamics of PKR gene transcription in both experimental systems was significantly different from the expression of other studied genes. The dsRNA preparation at this dose range did not have a pronounced stimulatory effect upon expression of this gene. A moderate increase in PKR gene activity in macrophages of mice was observed only a day following intraperitoneal administration of dsRNA. Concentrations and length of dsRNA molecules are known to be critical factors to the PKR gene activation. An ability to increase the expression of the gene is shown at low dsRNA concentrations (10-7 g/ml and below), while highly polymeric dsRNAs weaken the gene activity. Since the doses and concentrations of dsRNA used in our experiments were significantly different from those mentioned above, it could, in general, affect regulation of PKR gene transcription towards reduction of the stimulatory effect.

дсРНКTLR3противовирусные белкиэкспрессия геновмакрофагиклетки J774мышиdsRNATLR3antiviral proteinsgene expressionmacrophagesJ774 cellsmiceReferencesДаниленко Е.Д., Сысоева Г.М., Рослякова Е.Ю., Аликин Ю.С., Масычева В.И. Влияние L- и М-форм двуспиральных РНК из дрожжей Saccharomyces cerevisiae на функцию фагоцитов // Вестник Уральской медицинской академической науки, 2010. Т. 4, № 32. С. 39-42.Danilenko E.D., Sysoeva G.M., Roslyakova E.Yu., Alikin Yu.S., Masycheva V.I. The effect of L- and M-forms of double-stranded RNA from Saccharomyces cerevisiae on the phagocyte function. Vestnik Uralskoy meditsinskoy akademicheskoy nauki = Journal of Ural Medical Academic Science, 2010, Vol. 4, no. 32, pp. 39-42. (In Russ.)Даниленко Е.Д., Белкина А.О., Сысоева Г.М. Создание лекарственных препаратов на основе высокополимерных двуспиральных РНК для противовирусной и противоопухолевой терапии // Биомедицинская химия, 2019. Т. 65, № 4. С. 277-293.Danilenko E.D., Belkina A.O., Sysoeva G.M. Development of drugs on the basis of high-polymeric double-stranded RNA for antiviral and antitumor therapy. Biomeditsinskaya khimiya = Biomedical Chemistry, 2019, Vol. 65, no. 4, pp. 277-293. (In Russ.)Лебедев Л.Р., Аликин Ю.С., Рослякова Е.Ю., Подгорный В.Ф., Дубинкина О.С., Азаев М.Ш. Выделение и очистка двуспиральной рибонуклеиновой кислоты из киллерного штамма дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Биофармацевтический журнал, 2014. Т. 6, № 6. С. 32-38.Lebedev L.R., Alikin Yu.S., Roslyakova E.Yu., Podgorny V.F., Dubinkina O.S., Azaev M.Sh. Isolation and purification of double stranded RNA from killer strain of yeast Saccharomyces cerevisiae. Biofarmatsevticheskiy zhurnal = Russian Journal of Biopharmaceuticals, 2014, Vol. 6, no. 6, pp. 32-38. (In Russ.)Соколова Т.М., Шувалов АН., Телков М.В., Колодяжная Л.В., Ершов Ф.И. Препарат «Ридостин» индуцирует транскрипцию широкого спектра генов системы интерферона в клетках человека // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2013. Т. 156, № 8. С. 179-182.Sokolova T.M., Shuvalov A.N., Telkov M.V., Kolodyazhnaya L.V., Ershov F.I. The drug “Ridostin” induces the transcription of a wide range of interferon system genes in human cells. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2013, Vol. 156, no. 8, pp. 179-182. (In Russ.)Соколова Т.М., Шувалов А.Н., Полосков В.В., Ершов Ф.И. Стимуляция генов сигнальной трансдукции препаратами «Ридостин», «Циклоферон» и «Ингавирин» // Цитокины и воспаление, 2015. Т. 14, № 2. С. 26-34.Sokolova T.M., Shuvalov A.N., Poloskov V.V., Ershov F.I. Stimulation of signaling transduction gene expression with drugs Ridostin, Cycloferon and Ingavirin. Tsitokiny i vospalenie = Cytokines and Inflammation, 2015, Vol. 14, no. 2, pp. 26-34. (In Russ.)Соколова Т.М., Полосков В.В., Шувалов А.Н. Ершов Ф.И. Регуляция активности генов TLR/RLRрецепторов и синтез цитокинов в процессе дифференцировки ТНР-1 моноцитов в макрофаг-подобные клетки под действием форбол-миристат-ацетата (РМА) // Медицинская иммунология, 2017. Т. 19, № 1. С. 27-34. doi: 10.15789/1563-0625-2017-1-27-34.Sokolova T.M., Poloskov V.V., Shuvalov A.N., Ershov F.I. Regulation of TLR/RLR gene activity and synthesis of cytokines during phorbol myristate acetate (PMA)-induced differentiation of THP-1 monocytes into macrophage-like cells. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2017, Vol. 19, no. 1, pp. 27-34. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-2017-1-27-34.Цыпленкова Е.С., Сысоева Г.М., Шимина Г.Г., Левагина Г.М., Даниленко Е.Д. Сравнительное исследование иммуномодулирующей активности индуктора интерферона дсРНК при разных способах введения // Росcийский иммунологический журнал, 2014. Т. 8 (17), № 3. С. 749-751.Tsyplenkova E.S., Sysoeva G.M., Shimina G.G., Levagina G.M., Danilenko E.D. Comparative study of immunomodulating activity of interferon inducer dsRNA using different routes of administration. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2014, Vol. 8 (17), no. 3, pp. 749-751. (In Russ.)Applequist S.E., Wallin R., Ljunggren H.-G. Variable expression of Toll-like receptor in murine innate and adaptive immune cell lines. Int. Immunol., 2002, Vol. 14, no. 9, pp. 1065-1074.Applequist S.E., Wallin R., Ljunggren H.-G. Variable expression of Toll-like receptor in murine innate and adaptive immune cell lines. Int. Immunol., 2002, Vol. 14, no. 9, pp. 1065-1074.de Faria I.J., Olmo R.P., Silva E.G., Marques J.T. dsRNA sensing during viral infection: lessons from plants, worms, insects, and mammals. J. Interferon Cytokine Res., 2013, Vol. 33, no. 5, pp. 239-253.de Faria I.J., Olmo R.P., Silva E.G., Marques J.T. dsRNA sensing during viral infection: lessons from plants, worms, insects, and mammals. J. Interferon Cytokine Res., 2013, Vol. 33, no. 5, pp. 239-253.Dunlevy F., McElvaney N.G., Greene C.M. TLR3 sensing of viral infection. Open Infect. Dis. J., 2010, Vol. 4, pp. 1-10.Dunlevy F., McElvaney N.G., Greene C.M. TLR3 sensing of viral infection. Open Infect. Dis. J., 2010, Vol. 4, pp. 1-10.Gantier M., Williams B. The response of mammalian cells to double-stranded RNA. Cytokine Growth Factor Rev., 2007, Vol. 18, no. 5-6, pp. 363-371.Gantier M., Williams B. The response of mammalian cells to double-stranded RNA. Cytokine Growth Factor Rev., 2007, Vol. 18, no. 5-6, pp. 363-371.Lester S.N., Li K. Toll-like receptors in antiviral innate immunity. J. Mol. Biol., 2014, Vol. 426, no. 6, pp. 1246-1264.Lester S.N., Li K. Toll-like receptors in antiviral innate immunity. J. Mol. Biol., 2014, Vol. 426, no. 6, pp. 1246-1264.Matsumoto M., Seya T. TLR3: interferon induction by double-stranded RNA including poly(I:C). Adv. Drug Deliv. Rev., 2008, Vol. 60, no. 7, pp. 805-812.Matsumoto M., Seya T. TLR3: interferon induction by double-stranded RNA including poly(I:C). Adv. Drug Deliv. Rev., 2008, Vol. 60, no. 7, pp. 805-812.Williams B., Gilbert Ch., Kerr I. The respective roles of the protein kinase and pppA2' p5' A2' p5' A-activated endonuclease in the inhibition of protein synthesis by double stranded RNA in rabbit reticulocyte lysates. Nucleic Acids Res., 1979, Vol. 6, no. 4, pp. 1335-1350.Williams B., Gilbert Ch., Kerr I. The respective roles of the protein kinase and pppA2' p5' A2' p5' A-activated endonuclease in the inhibition of protein synthesis by double stranded RNA in rabbit reticulocyte lysates. Nucleic Acids Res., 1979, Vol. 6, no. 4, pp. 1335-1350.Yoneyama M., Fujita T. Recognition of viral nucleic acids in innate immunity. Rev. Med. Virol., 2010, Vol. 20, no. 1, pp. 4-22.Yoneyama M., Fujita T. Recognition of viral nucleic acids in innate immunity. Rev. Med. Virol., 2010, Vol. 20, no. 1, pp. 4-22.

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