mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/10.15789/1563-0625-IPO-2550mimmun-2550Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSИсследование иммуномодулирующих свойств рекомбинантного гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человекаImmunomodulatory properties of recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factorСысоеваГ. М.SysoevaG. M.

Сысоева Г.М. – ведущий научный сотрудник отделабиологических исследований

633010,  г. Бердск, ул. Химзаводская, 9Тел.: 8 (383) 363-80-24 (доп. 53-35)Факс: 8 (383) 363-80-16.

Sysoeva G.M., Leading Research Associate, Departmentof Biological Studies 

9 Khimzavodskaya St Berdsk 633010 Phone: +7 (383) 363-80-24 (acc. 53-35)Fax: +7 (383) 363-80-16

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

Гамалей С.Г. – заведующая отделом биологическихисследований

Бердск

Gamaley S.G., Head, Department of Biological Studies,Institute of Medical Biotechnology

Berdsk

gamaley_sg@vector.nsc.ruЕсинаТ. И.EsinaT. I.

Есина Т.И. – младший научный сотрудник отдела разработки технологий и пилотного производства биопрепаратов

Бердск

Esina T.I., Junior Research Associate, Department ofTechnology Development and Pilot Production of BiologicalPreparations

Berdsk

esina_ti@vector.nsc.ruДаниленкоЕ. Д.DanilenkoE. D.

Даниленко Е.Д. – к.б.н., директор

Бердск

Danilenko E.D., PhD (Biology), Director

Berdsk

danilenko_ed@vector.nsc.ruИнститут медицинской биотехнологии ФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор”» РоспотребнадзораРоссияInstitute of Medical Biotechnology, State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”Russian Federation202305042023252395402Copyright © Сысоева Г.М., Гамалей С.Г., Есина Т.И., Даниленко Е.Д., 20232023Сысоева Г.М., Гамалей С.Г., Есина Т.И., Даниленко Е.Д.Sysoeva G.M., Gamaley S.G., Esina T.I., Danilenko E.D.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/2550

Гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) представляет собой миелопоэтический фактор роста, который оказывает плейотропное действие не только на дифференцировку незрелых клеток-предшественников в полиморфноядерные нейтрофилы, моноциты/макрофаги и дендритные клетки, но и контролирует функционирование дифференцированных клеток. В настоящее время GM-CSF исследуется в клинических испытаниях в качестве иммуномодулятора и адъюванта. Однако широкий спектр биологической активности и нередко парадоксальные эффекты данного цитокина требуют более тщательного изучения механизмов его действия с целью прогнозирования его эффективности в разных условиях иммунотерапии. В данной работе исследовано влияние рекомбинантного GM-СSF человека на метаболическую активность клеток перитонеального экссудата мышей в первичной культуре клеток. Метаболическую (окислительно-восстановительную) активность клеток оценивали по способности восстанавливать нитросиний тетразолиевый (НСТ) в процессе MF- и Fc-зависимого фагоцитоза, вызванного внесением в среду опсонизированного зимозана либо эритроцитов барана. Продемонстрировано дозозависимое стимулирующее действие препарата GM-СSF на окислительный обмен фагоцитирующих перитонеальных макрофагов и нейтрофилов. Показано, что при 2- и 24-часовом культивировании пептон-элиситированных клеток с GМ-СSF в широком диапазоне концентраций (от 5 до 40 000 нг/мл) более выраженный эффект препарата наблюдался в отношении нейтрофилов. Препарат GМ-СSF вызывал достоверное увеличение (на 13-17%) окислительно-восстановительной активности нейтрофилов, индуцированной опсонизированным зимозаном, которое сохранялось в диапазоне низких доз и через 24 часа. Стимулирующий эффект GМ-СSF на макрофаги (увеличение показателя НСТ на 16%) был отмечен только при кратковременном культивировании. Общей тенденцией, отмеченной на элиситированных клетках обоего типа, являлась выраженная реакция на низкие концентрации препарата (5-125 нг/мл) и ослабление эффекта при их повышении. Аналогичная закономерность была обнаружена при исследовании резидентных макрофагов. Культивирование в течение 24 часов резидентных клеток с препаратом GМ-СSF в дозах от 5000 до 40000 нг/мл вызывало достоверное повышение окислительно-восстановительной активности клеток, индуцированной зимозаном либо эритроцитами барана (на 33-52%). Как в том, так и другом случае максимальная реакция была обнаружена в ответ на дозу 5000 нг/мл и снижалась по мере ее увеличения. Эффект стимуляции препарата GМ-СSF в отношении резидентных макрофагов был более выраженным, чем элиситированных клеток, что проявлялось в удлинении периода их активации до суток от начала культивирования. Полученные данные представляют интерес с точки зрения перспектив использования препаратов GM-CSF в составе иммуномодулирующей и адьювантной терапии различных инфекционных заболеваниях.

Granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) is a myelopoietic growth factor that exerts pleiotropic effect not only on the differentiation of immature progenitor cells into polymorphonuclear neutrophils, monocytes/macrophages and dendritic cells, but also controls the functioning of differentiated cells. GM-CSF is currently being investigated in clinical trials as an immunomodulator and adjuvant. However, a wide range of biological activities and, sometimes, paradoxical effects of this cytokine require more thorough studies of its action, in order to predict its efficacy under different conditions of immunotherapy. In this work, we have studied the effect of recombinant human GM-CSF on metabolic activity of mouse peritoneal exudate cells in primary cell cultures. Metabolic (redox) activity of the cells was assessed by their ability to reduce nitroblue tetrazolium (NBT) in the course of MF- and Fc-dependent phagocytosis triggered by addition of opsonized zymosan, or sheep erythrocytes to the culture medium. We have shown the dose-dependent stimulatory effect of GM-CSF on the oxidative metabolism of phagocytic peritoneal macrophages and neutrophils. Upon culturing the pepton-elicited cells at wide range of GM-CSF concentrations (5 to 40,000 ng/mL) for 2 and 24 hours, a more pronounced effect of the substance was observed for neutrophils. The GM-CSF preparation caused a significant increase (by 13-17%) in the redox activity of neutrophils induced by opsonized zymosan that persisted at a low dose range, and was retained after 24 hours. The stimulatory effect of GM-CSF on macrophages with NBT index increase by 16% was observed in the short-term cultures. In general, the elicited cells of both types showed a more pronounced response to lower concentrations of GM-CSF (5-125 ng/mL), and weaker effect at higher doses of the preparation. A similar dependence was found when studying the resident macrophages. Culturing of resident cells with GM-CSF at the doses of 5,000 to 40,000 ng/mL for 24 hours caused a significantly increased redox activity of the cells induced by zymosan, or sheep erythrocytes (by 33-52%). In both cases, the maximal response was detected at a dose of 5,000 ng/mL and decreased with increasing dose. The stimulatory effect of GM-CSF upon resident macrophages was more pronounced as compared to elicited cells, which was characterized by the prolonged period of cell activation (up to 24 hours of culture). The data obtained are of interest, in view of prospective usage of GM-CSF as a component of immunomodulatory and adjuvant therapy for various infectious diseases.

гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактормакрофагинейтрофилыметаболическая активностьзимозанмышиgranulocyte-macrophage colony stimulating factormacrophagesneutrophilsmetabolic activityzymosanmiceИсследование проведено в рамках выполнения государственного задания, тема ГЗ-39/21.ReferencesГилева И.П., Есина Т.И., Волосникова Е.А., Гогина Я.С., Лебедев Л.Р., Даниленко Е.Д. Рекомбинантная плазмидная ДНК p280_2GM, кодирующая полипептид со свойствами гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека, штамм E. COLI SG 20050/p280_2GM – продуцент полипептида со свойствами гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека и способ получения указанного полипептида. Патент Российской Федерации № 2708556; 2019.Gileva I.P., Esina T.I., Volosnikova E.A., Gogina Ya.S., Lebedev L.R., Danilenko E.D. Recombinant plasmid DNA p280_2GM coding polypeptide with properties of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor of human, strain Escherichia coli SG 20050/p280_2GM – producer of polypeptide with properties of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor of human and method of obtaining of said polypeptide. Patent RF. No. 2708556; 2019.Есина Т.И., Лебедев Л.Р., Волосникова Е.А., Гилева И.П., Гогина Я.С., Терещенко Т.А., Кочнева Г.В., Гражданцева А.А., Даниленко Е.Д. Способ получения рекомбинантного гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека // Биотехнология, 2019. Т. 35, № 3. С. 68-73.Esina T.I., Lebedev L.R., Volosnikova E.A., Gileva I.P., Gogina Ya.S., Tereshchenko T.A., Kochneva G.V., Grazhdantseva A.A., Danilenko E.D. Method for obtaining recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor. Biotekhnologiya = Biotechnology, 2019, Vol. 35, no. 3, pp. 68-73. (In Russ.)Зурочка А.В., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Гриценко В.А. Иммунобиологические свойства гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора и синтетических пептидов его активного центра // Медицинская иммунология, 2021. Т. 23, № 5. С. 1031-1054. doi: 10.15789/1563-0625-IPO-2216.Zurochka A.V., Zurochka V.A., Dobrynina M.A., Gritsenko V.A. Immunobiological properties of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor and synthetic peptides of his active center. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2021, Vol. 23, no. 5, pp. 1031-1054. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-IPO-2216.Сысоева Г.М., Белкина А.О., Даниленко Е.Д. Перспективы использования гранулоцит-макрофагального колониестимулирующего фактора в качестве иммуноадьюванта при вакцинопрофилактике // Биофармацевтический журнал, 2019. Т. 11, № 4. С. 3-14.Sysoeva G.M., Belkina A.O., Danilenko E.D. Prospects for the use of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor as an immunoadjuvant in vaccine prevention. Biofarmatsevticheskiy zhurnal = Russian Journal of Biopharmaceuticals, 2019, Vol. 11, no. 4, pp. 3-14. (In Russ.)Чесноков В.А., Воскресенский А.М., Свиридов Л.П. Оценка функциональной активности перитонеальных макрофагов с помощью тетразолиевого теста // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии, 1985. № 5. С. 89-90.Chesnokov V.A., Voskresensky A.M., Sviridov L.P. Evaluation of the functional activity of peritoneal macrophages using the tetrazolium test. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii = Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology, 1985, no. 5, pp. 89-90. (In Russ.)Шимина Г.Г., Батенева А.В., Гамалей С.Г., Есина Т.И., Терещенко Т.Г., Даниленко Е.Д. Исследование гемостимулирующих свойств рекомбинантного гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора человека // БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение, 2020. Т. 20, № 4. С. 268-276.Shimina G.G., Bateneva A.V., Gamalei S.G., Esina T.I., Tereshchenko T.G., Danilenko E.D. Study on hemostimulating properties of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor. BIOpreparaty. Profilaktika, diagnostika, lechenie = BIOpreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment, 2020, Vol. 20, no. 4, pp. 268-276. (In Russ.)Armitage J.O. Emerging applications of recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor. Blood, 1998, Vol. 92, no. 12, pp. 4491-4508.Armitage J.O. Emerging applications of recombinant human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor. Blood, 1998, Vol. 92, no. 12, pp. 4491-4508.Bermudez L.E., Martinelli J., Petrofsky M., Kolonoski P., Lowell S., Young L.S. Recombinant granulocytemacrophage colony-stimulating factor enhances the effects of antibiotics against mycobacterium avium complex infection in the beige mouse model. J. Infect. Dis., 1994, Vol. 169, no. 3, pp. 575-580.Bermudez L.E., Martinelli J., Petrofsky M., Kolonoski P., Lowell S., Young L.S. Recombinant granulocytemacrophage colony-stimulating factor enhances the effects of antibiotics against mycobacterium avium complex infection in the beige mouse model. J. Infect. Dis., 1994, Vol. 169, no. 3, pp. 575-580.Brummer E., Maqbool A., Stevens D.A. Protection of peritoneal macrophages by granulocyte/macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) against dexamethasone suppression of killing of Aspergillus, and the effect of human GM-CSF. Microbes Infect., 2002, Vol. 4, no. 2. pp. 133-138.Brummer E., Maqbool A., Stevens D.A. Protection of peritoneal macrophages by granulocyte/macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) against dexamethasone suppression of killing of Aspergillus, and the effect of human GM-CSF. Microbes Infect., 2002, Vol. 4, no. 2. pp. 133-138.Coleman D.L., Chodakewitz J.A., Bartiss A.H., Mellors J.W. Granulocyte-macrophage colonystimulating factor enhances selective effector functions of tissue-derived macrophages. Blood, 1988, Vol. 72, no. 2, pp. 573-578.Coleman D.L., Chodakewitz J.A., Bartiss A.H., Mellors J.W. Granulocyte-macrophage colonystimulating factor enhances selective effector functions of tissue-derived macrophages. Blood, 1988, Vol. 72, no. 2, pp. 573-578.Gordon S., Taylor P.R. Monocyte and macrophage heterogeneity. Nat. Rev. Immunol., 2005, Vol. 5, pp. 953-964.Gordon S., Taylor P.R. Monocyte and macrophage heterogeneity. Nat. Rev. Immunol., 2005, Vol. 5, pp. 953-964.Hofer M., Vacek A., Weiterova L. Action of granulopoiesis-stimulating cytokines rhG-CSF, rhGM-CSF, and rmGM-CSF on murine hematopoietic progenitor cells for granulocytes and macrophages (GM-CFC). Physiol. Res., 2005, Vol. 54, pp. 207-213.Hofer M., Vacek A., Weiterova L. Action of granulopoiesis-stimulating cytokines rhG-CSF, rhGM-CSF, and rmGM-CSF on murine hematopoietic progenitor cells for granulocytes and macrophages (GM-CFC). Physiol. Res., 2005, Vol. 54, pp. 207-213.Park L.S., Friend D., Gillis S., Urdal D.L. Characterization of the cell surface receptor for human granulocyte/ macrophage colony-stimulating factor. J. Exp. Med., 1986, Vol. 164, no. 1, pp. 251-262.Park L.S., Friend D., Gillis S., Urdal D.L. Characterization of the cell surface receptor for human granulocyte/ macrophage colony-stimulating factor. J. Exp. Med., 1986, Vol. 164, no. 1, pp. 251-262.Schuh J.C., Morrissey P.J. Development of a recombinant growth factor and fusion protein: lessons from GM-CSF. Toxicol. Pathol., 1999, Vol. 27, no. 1, pp. 72-77.Schuh J.C., Morrissey P.J. Development of a recombinant growth factor and fusion protein: lessons from GM-CSF. Toxicol. Pathol., 1999, Vol. 27, no. 1, pp. 72-77.Willment J.A., Lin H-H., Reid D.M., Taylor P.R. Dectin-1 expression and function are enhanced on alternatively activated and GM-CSF-Treated macrophages and are negatively regulated by IL-10, Dexamethasone, and Lipopolysaccharide. J. Immunol., 2003, Vol. 171, no. 9, pp. 4569-4573.Willment J.A., Lin H-H., Reid D.M., Taylor P.R. Dectin-1 expression and function are enhanced on alternatively activated and GM-CSF-Treated macrophages and are negatively regulated by IL-10, Dexamethasone, and Lipopolysaccharide. J. Immunol., 2003, Vol. 171, no. 9, pp. 4569-4573.Zhan Y., Lew A.M., Chopin M. The pleiotropic effects of the GM-CSF rheostat on myeloid cell differentiation and function: more than a numbers game. Front. Immunol., 2019, Vol. 10, 2679. doi: 10.3389/fimmu.2019.02679.Zhan Y., Lew A.M., Chopin M. The pleiotropic effects of the GM-CSF rheostat on myeloid cell differentiation and function: more than a numbers game. Front. Immunol., 2019, Vol. 10, 2679. doi: 10.3389/fimmu.2019.02679.

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