mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-EDI-2504mimmun-2504Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSВнеклеточная ДНК в крови как показатель воспалительной реакции in vivoExtracellular DNA in blood: an index of in vivo inflammatory responseДемченкоЕ. Н.DemchenkoE. N.

Демченко Елена Николаевна — кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории экспериментальной иммунотерапии НИИФКИ.

Новосибирск.

Elena N. Demchenko - PhD (Chemistry), Research Associate, Laboratory of Experimental Immunotherapy, Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology.

Novosibirsk.

elena.demchenko@gmail.comГавриловаЕ. Д.GavrilovaE. D.

Гаврилова Елена Давидовна — кандидат биологических наук, заведующая лабораторией экспериментальной иммунотерапии НИИФКИ.

630099, Новосибирск, ул. Ядринцевская, 14, каб. 15.

Тел.: 8 (383) 222-04-38. Факс: 8 (383) 222-70-28. 

Elena D. Gavrilova - PhD (Biology), Head, Laboratory of Experimental Immunotherapy, Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology.

630099, Novosibirsk, Yadrintsevskaya str., 14, room 15.

Phone: 7 (383) 222-04-38. Fax: 7 (383) 222-70-28.

edav.gavr@mail.ruГойманЕ. В.GoimanE. V.

Гойман Елена Владимировна — кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории экспериментальной иммунотерапии НИИФКИ.

Новосибирск.

Elena V. Goiman - PhD (Medicine), Research Associate, Laboratory of Experimental Immunotherapy, Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology.

Novosibirsk.

l.goiman@mail.ruВольскийН. Н.VolskiyN. N.

Вольский Николай Николаевич — кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экспериментальной иммунотерапии НИИФКИ.

Новосибирск.

Nikolay N. Volsky - PhD (Medicine), Leading Research Associate, Laboratory of Experimental Immunotherapy, Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology.

Novosibirsk.

dtheory@yandex.ruКолесниковаО. П.KolesnikovaO. P.

Колесникова Ольга Петровна — доктор медицинских наук, главный научный сотрудник лаборатории экспериментальной иммунотерапии НИИФКИ.

Новосибирск.

Olga P. Kolesnikova - PhD, MD (Medicine), Chief Research Associate, Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology.

Novosibirsk.

iscreen2001@mail.ruКозловВ. А.KozlovV. A.

Козлов Владимир Александрович — доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, научный руководитель НИИФКИ.

Новосибирск.

Vladimir A. Kozlov - PhD, MD (Medicine), Professor, Scientific Director, Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology.

Novosibirsk.

vakoz40@yandex.ruНаучно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологииРоссияResearch Institute of Fundamental and Clinical ImmunologyRussian Federation202213072022244853860Copyright © Демченко Е.Н., Гаврилова Е.Д., Гойман Е.В., Вольский Н.Н., Колесникова О.П., Козлов В.А., 20222022Демченко Е.Н., Гаврилова Е.Д., Гойман Е.В., Вольский Н.Н., Колесникова О.П., Козлов В.А.Demchenko E.N., Gavrilova E.D., Goiman E.V., Volskiy N.N., Kolesnikova O.P., Kozlov V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2504

Повышенная концентрация внеклеточной ДНК (внДНК) в циркулирующей крови человека и животных является признаком воспалительных состояний и отличительной характеристикой различных патофизиологических процессов, протекающих в организме. Цель — исследовать возможную роль фактора некроза опухоли (TNFα) в изменениях содержания внДНК периферической крови в ответ на экспериментально созданную ситуацию системного воспаления. В работе использовали 40 самок мышей-гибридов (C57Bl/6xDBA/2)F1 в возрасте 6-8 недель. Концентрацию внДНК, и ее отдельных фракций, определяли с помощью флуоресцентного красителя PicoGreen. Динамику воспалительного процесса оценивали через 4, 8, 11 и 24 часа после введения LPS.

Показан значимый рост уровня внДНК плазмы крови при одновременном падении уровня внДНК связанной с поверхностью клеток под действием липополисахарида Е. coli (LPS). Отношение количества внДНК, связанной с поверхностью клеток, к суммарной внДНК дозозависимо снижается уже через 4 часа после введения животным LPS, что позволяет считать это соотношение характерным признаком нетоза нейтрофильных гранулоцитов при развитии острого воспаления. При одновременном введении с LPS рекомбинантного белка, нейтрализующего действие TNFα, описанные эффекты существенно подавляются, в то время как увеличенное поступление нейтрофилов в ткани определяются неким иным фактором, прямо не связанным с продукцией этого цитокина.

На основании полученных данных предлагается гипотеза о том, что индукция нетоза воспалительными стимулами вызывает увеличение концентрации внДНК в плазме крови не только за счет вновь возникающей при нетозе нейтрофилов экстрацеллюлярной ДНК, но и вследствие освобождения, под действием выделяющихся при нетозе протеаз, той фракции внДНК, которая ранее была прочно связана с мембранами клеток во всех тканях организма.

Increased concentration of cell-free DNA (cfDNA) in the circulating blood of humans and animals is a sign of inflammatory conditions and a distinctive characteristic of various pathophysiological processes in the body. The aim of the present study was to investigate the possible role of tumor necrosis factor (TNFα) in changes of cfDNA contents in peripheral blood as a response to experimentally induced systemic inflammation.

We used 40 female hybrid mice (C57Bl/6xDBA/2) F1 at the age of 6-8 weeks. The concentration of cfDNA and its individual fractions was determined using a PicoGreen fluorescent dye. The dynamics of inflammatory process was evaluated after 4, 8, 11 and 24 hours following LPS injection. A significant increase in the blood plasma cfDNA levels was shown under the action of E. coli lipopolysaccharide (LPS), along with simultaneous decreased levels of cfDNA, associated with cell surface. The ratio of cell surface-bound cfDNA to the total cfDNA contents was reduced in dose-dependent manner as early as 4 hours after LPS injection to the animals, thus allowing us to consider this ratio a characteristic sign of netosis of neutrophilic granulocytes during the development of acute inflammation. The described effects are significantly suppressed with co-injection of recombinant TNFα neutralizing protein along with LPS, whereas increased intake of neutrophils in the tissues is determined by some other factors which are not directly related to the production of this cytokine.

Based on the obtained data, we proposed a following hypothesis: induction of netosis by inflammatory stimuli causes an increase in the concentration of cfDNA in blood plasma not only due to de novo emerging extracellular DNA by neutrophil netosis, but also by the release of distinct cfDNA fraction that was previously firmly bound to cell membranes in multiple body tissues under the action of proteases released during netosis.

внеклеточная ДНКвоспалениенетозLPSTNF-связывающий белокextracellular DNAinflammationnetosisLPSTNFα binding proteinИсследование выполнено за счет средств федерального бюджета для выполнения государственного задания на научно-исследовательские работы «Молекулярно-генетические и эпигенетические механизмы регуляции иммунного ответа в норме и патологии» (РК № 01201356997) и «Изучение иммунопатогенеза фенотипов социально значимых заболеваний человека и полиморбидности как основа для разработки новых методов персонифицированной диагностики и лечения» (РК № 122012000366-9).ReferencesКозлов В.А. Свободная внеклеточная ДНК в норме и при патологии // Медицинская иммунология, 2013. Т. 15, № 5. С. 399-412. doi: 10.15789/1563-0625-2013-5-399-412.Kozlov V.A. Free extracellular DNA in normal state and under pathological conditions. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2013, Vol. 15, no. 5, pp. 399-412. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-2013-5-399-412.Колесникова О.П., Гойман Е.В., Демченко Е.Н., Гаврилова Е.Д., Козлов В.А. Ранние маркеры фенотипической гетерогенности системной красной волчанки в экспериментальной модели // Бюллетень сибирской медицины, 2017. T. 16, № 4. С. 155-164.Kolesnikova O.P., Goiman E.V., Gavrilova E.D., Demchenko E.N., Kozlov V.A. Early markers of phenotypic heterogeneity in the induced model of systemic lupus erythematosus. Byulleten sibirskoy meditsiny = Bulletin of Siberian Medicine, 2017, Vol. 16, no. 4, pp. 155-164. (In Russ.)Судаков Н.П., Попкова Т.П., Новикова М.А., Катышев А.И., Никифоров С.Б., Пушкарев Б.Г., Гольдберг О.А., Клименков И.В., Лепехова С.А., Апарцин К.А., Ежикеева С.Д., Тен М.Н., Константинов Ю.М. Взаимосвязь уровня свободно циркулирующей митохондриальой ДНК крови с активностью маркеров цитолиза при экспериментальной острой мелкоочаговой ишемии миокарда // Сибирский медицинский журнал, 2013. № 5. С. 83-85.Sudakov N.P., Popkova T.P., Novikova M.A., Katyshev A.I., Nikiforov S.B., Pushkarev B.G., Goldberg O.A., Klimenkov I.V., Lepekhova S.A., Apartsin K.A., Ezhikeeva S.D., Ten M.N., Konstantinov Yu.M. Interrelation between the level of free circulating mtDNA of blood with the activity of cytolysis markers in the experimental acute small-focal myocardial ischemia. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal = Siberian Medical Journal, 2013, no. 5, pp. 83-85. (In Russ.)Цырендоржиев Д.Д., Орловская И.А., Сенников С.В., Трегубчак Т.В., Гилева И.П., Цырендоржие-ва М.Д., Щелкунов С.Н. Биологические эффекты индивидуально синтезированного TNF-связывающего домена белка CrmB вируса натуральной оспы // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2014. Т. 157, № 2. С. 214-217.Tsyrendorzhiev D.D., Orlovskaya I.A., Sennikov S.V., Tsyrendorzhieva M.D., Tregubchak T.V., Gileva I.P., Shchelkunov S.N. Biological effects of individually synthesized TNF-binding domain of variola virus CrmB protein. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2014, Vol. 157, no. 2, pp. 249-252. (In Russ.)Bryzgunova N.V., Tamkovich S.N., Cherepanova A.V., Yarmoshchuk S.V., PermyakovaV.I., Anykeeva O.Y., Laktionov P.P. Redistribution of free- and cell-surface-bound DNA in blood of benign and malignant prostate tumor patients. Acta Naturae, 2015, Vol. 7, no. 2, pp. 115-118.Bryzgunova N.V., Tamkovich S.N., Cherepanova A.V., Yarmoshchuk S.V., PermyakovaV.I., Anykeeva O.Y., Laktionov P.P. Redistribution of free- and cell-surface-bound DNA in blood of benign and malignant prostate tumor patients. Acta Naturae, 2015, Vol. 7, no. 2, pp. 115-118.Hong C., Kidani Y., A-Gonzalez N., Phung T., Ito A., Rong X., Ericson K., Mikkola H., Beaven S.W., Miller L.S., Shao W.-H., Cohen P.L., Castrillo A., Tontonoz P., Bensinger S.J. Coordinate regulation of neutrophil homeostasis by liver X receptors in mice. J. Clin. Invest., 2012, Vol. 122, no. 1, pp. 337-347.Hong C., Kidani Y., A-Gonzalez N., Phung T., Ito A., Rong X., Ericson K., Mikkola H., Beaven S.W., Miller L.S., Shao W.-H., Cohen P.L., Castrillo A., Tontonoz P., Bensinger S.J. Coordinate regulation of neutrophil homeostasis by liver X receptors in mice. J. Clin. Invest., 2012, Vol. 122, no. 1, pp. 337-347.Joshi M.B., Lad A., Bharath Prasad A.S., Balakrishnan A., Ramachandra L., Satyamoorthy K. High glucose modulates IL-6 mediated immune homeostasis through impeding neutrophil extracellular trap formation. FEBS Lett., 2013, Vol. 587, no. 14, pp. 2241-2246.Joshi M.B., Lad A., Bharath Prasad A.S., Balakrishnan A., Ramachandra L., Satyamoorthy K. High glucose modulates IL-6 mediated immune homeostasis through impeding neutrophil extracellular trap formation. FEBS Lett., 2013, Vol. 587, no. 14, pp. 2241-2246.Reiss A.B., Awadallah N.W., Malhotra S., Montesinos M.C., Chan E.S.L., Javitt N.B., Cronstein B.N. Immune complexes and IFNg decrease cholesterol 27-hydroxylase in human arterial endothelium and macrophages. J. Lipid Res., 2001, Vol. 42, no. 11, pp. 1913-1922.Reiss A.B., Awadallah N.W., Malhotra S., Montesinos M.C., Chan E.S.L., Javitt N.B., Cronstein B.N. Immune complexes and IFNg decrease cholesterol 27-hydroxylase in human arterial endothelium and macrophages. J. Lipid Res., 2001, Vol. 42, no. 11, pp. 1913-1922.Sollberger G., Tilley D.O., Zychlinsky A. Neutrophil extracellular traps: The biology of chromatin externalization. Dev. Cell, 2018, Vol. 44, no. 5, pp. 542-553.Sollberger G., Tilley D.O., Zychlinsky A. Neutrophil extracellular traps: The biology of chromatin externalization. Dev. Cell, 2018, Vol. 44, no. 5, pp. 542-553.Tamkovich S.N., Litviakov N.V., Bryzgunova O.E., Dobrodeev A.Y., Rykova E.Y., Tuzikov S.A., Zav'ialov A.A., Vlassov V.V., Cherdyntseva N.V., Laktionov P.P. Cell-surface-bound circulating DNA as a prognostic factor in lung cancer. Ann. N. Y. Acad. Sci., 2008, Vol. 1137, no. 1, pp. 214-217.Tamkovich S.N., Litviakov N.V., Bryzgunova O.E., Dobrodeev A.Y., Rykova E.Y., Tuzikov S.A., Zav'ialov A.A., Vlassov V.V., Cherdyntseva N.V., Laktionov P.P. Cell-surface-bound circulating DNA as a prognostic factor in lung cancer. Ann. N. Y. Acad. Sci., 2008, Vol. 1137, no. 1, pp. 214-217.van der Meer A.J., Kroeze A., Hoogendijk A.J., Soussan A.A., van der Schoot C.E., Wuillemin W.A., Voermans C., van der Poll T., Zeerleder S. Systemic inflammation induces release of cell-free DNA from hematopoietic and parenchymal cells in mice and humans. Blood Adv., 2019, Vol. 3, no. 5, pp. 724-728.van der Meer A.J., Kroeze A., Hoogendijk A.J., Soussan A.A., van der Schoot C.E., Wuillemin W.A., Voermans C., van der Poll T., Zeerleder S. Systemic inflammation induces release of cell-free DNA from hematopoietic and parenchymal cells in mice and humans. Blood Adv., 2019, Vol. 3, no. 5, pp. 724-728.

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