mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-EDF-16907mimmun-3112Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSВнеклеточная ДНК плазмы крови больных шизофрений стимулирует TLR9-NF-kB сигнальный путь в культивируемых лимфоцитах человекаExtracellular DNA from the blood plasma of patients with schizophrenia stimulates the TLR9-NF-kB signaling pathway in cultured human lymphocytesЕршоваЕ. С.ErshovaE. S.

Ершова Елизавета Сергеевна – к.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии.

115522, Москва, ул. Москворечье, 1

Тел.: 8 (903) 717-07-10

Elizaveta S. Ershova - PhD (Biology), Leading Research Associate, Laboratory of Molecular Biology, N. Bochkov Research Centre for Medical Genetics.

1 Moskvorechie St Moscow 115478

Phone: +7 (903) 717-07-10

Es-ershova@rambler.ruЖестковаЕ. М.JestkovaE. M.

К.м.н., врач-психиатр.

Москва

PhD (Medicine), Psychiatrist, Moscow Outpatient Center for Psychiatry, Psychotherapy and Narcology “Awareness of Choice”.

Moscow

СавиноваЕ. А.SavinovaE. A.

Научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии.

Москва

Research Associate, Laboratory of Molecular Biology, N. Bochkov Research Centre for Medical Genetics.

Moscow

КостюкС. Э.KostyukS. E.

Лаборант-исследователь лаборатории молекулярной биологии.

Москва

Research Assistant, Laboratory of Molecular Biology, N. Bochkov Research Centre for Medical Genetics.

Moscow

СалимоваТ. А.SalimovaТ. A.

Лаборант-исследователь лаборатории молекулярной биологии.

Москва

Research Assistant, Laboratory of Molecular Biology, N. Bochkov Research Centre for Medical Genetics.

Moscow

ВейкоН. Н.VeikoN. N.

Д.б.н., главный научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии.

Москва

PhD, MD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Molecular Biology, N. Bochkov Research Centre for Medical Genetics.

Moscow

ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова»РоссияN. Bochkov Research Centre for Medical GeneticsRussian FederationМосковский амбулаторный центр психиатрии, психотерапии и наркологии «Осознанность выбора»РоссияMoscow Outpatient Center for Psychiatry, Psychotherapy and Narcology “Awareness of Choice”Russian Federation20242209202426510251030Copyright © Ершова Е.С., Жесткова Е.М., Савинова Е.А., Костюк С.Э., Салимова Т.А., Вейко Н.Н., 20242024Ершова Е.С., Жесткова Е.М., Савинова Е.А., Костюк С.Э., Салимова Т.А., Вейко Н.Н.Ershova E.S., Jestkova E.M., Savinova E.A., Kostyuk S.E., Salimova Т.A., Veiko N.N.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/3112

Шизофрения – психическое заболевание сложной этиологии. Множественные генетические факторы и факторы окружающей среды связаны с повышенным риском. В последнее время возрос интерес к роли иммунной системы в патофизиологии психических расстройств. Концепция нейровоспаления при нарушениях развития нервной системы приобретает широкий интерес, включая роль Toll-подобных рецепторов.

Заболевание шизофренией ассоциировано с повышением концентрации циркулирующей вкДНК в крови человека. Наряду со значительным увеличением общей концентрации фрагментов вкДНК у больных шизофренией значительно изменяется состав фрагментов вкДНК по сравнению с клеточной ДНК: накапливаются GC-богатые фрагменты рибосомного повтора и происходит окисление оснований. Аналогичные изменения, но менее выраженные, имеют место и для вкДНК здоровых доноров.

Для подтверждения гипотезы о возможном участии фрагментов вкДНК больных шизофренией в индукции воспаления путем активации сигнального пути TLR9-NF-kB-цитокины мы исследовали действие выделенных из плазмы крови образцов вкДНК здоровых и больных шизофренией мужчин на культивируемые мононуклеары человека.

В отличие от клеточной ДНК, вкДНК(SZ) и вкДНК(К) стимулируют в мононуклеарах транскрипцию гена TLR9. В результате в клетках уже через 1 час в 2,9 и 3,3 раза по сравнению с контролем возрастает количество РНК TLR9. Через 24 часа уровень РНК TLR9 немного снижается, но по-прежнему превышает контрольный в 2-3 раза. Через 1 час возрастает также и количество самого белка TLR9 соответственно в 1,5 и 1,7 раза по сравнению с контролем. В отличие от РНК TLR9, уровень белка TLR9 еще больше повышается через 24 часа культивирования.

Увеличение уровня экспрессии белка TLR9 коррелирует с увеличением в лимфоцитах количества транскрипционного фактора NF-kB и сопровождается нарастанием количества РНК гена провоспалительного цитокина IL8, транскрипция которого контролируется фактором NF-kB.

Таким образом, вкДНК(SZ) и вкДНК(К) в лимфоцитах стимулируют сигнальный путь TLR9-NF-kB-провоспалительные цитокины. Биологическое действие вкДНК зависит не только от GC-состава фрагментов, но и от концентрации этих фрагментов во внеклеточной среде. Поскольку концентрации вкДНК в крови больных шизофренией по сравнению со здоровыми донорами значительно увеличены, то следует ожидать и гораздо большего уровня активации сигнального пути TLR9-NF-kB в клетках организма больных людей.

Образцы вкДНК больных шизофренией обладают выраженным биологическим действием на клетки иммунной системы, стимулируя синтез провоспалительных цитокинов путем активации сигнального пути TLR9-NF-kB-провоспалительные цитокины. Высокое содержание вкДНК в плазме крови может быть одной из причин индукции и поддержания в организме больного шизофренией низкоуровнего воспаления.

Schizophrenia is a mental illness of complex etiology. Recently, there has been increased interest in the role of the immune system in the pathophysiology of mental disorders. The concept of neuroinflammation in neurodevelopmental disorders is gaining widespread interest, including the role of Toll-like receptors.

Schizophrenia is associated with an increase in the concentration of cfDNA in human blood, and the composition of cfDNA fragments changes significantly compared to cellular DNA: GC-rich fragments of the ribosomal repeat accumulate and base oxidation occurs. Similar changes, but less pronounced, also occur for cfDNA from healthy donors.

To confirm the hypothesis about the possible participation of cfDNA in the inflammation induction, we studied the effect of cfDNA samples on cultured mononuclear cells.

Unlike cellular DNA, cfDNA(SZ) and cfDNA(K) stimulate transcription of the TLR9 gene in mononuclear cells. After 1 hour the amount of TLR9 RNA increases by 2.9 and 3.3 times compared to the control. After 24 hours, the TLR9 RNA level decreases slightly, but is still 2-3 times higher than the control level. After 1 hour, TLR9 protein increases by 1.5 and 1.7 times, respectively, and further increased after 24h of culture.

An increase TLR9 protein expression correlates with an increase of the transcription factor NF-kB in lymphocytes and is accompanied by an increase in proinflammatory cytokine IL8 RNA, the transcription of IL8 is controlled by the NF-kB factor.

Thus, cfDNA(SZ) and cfDNA(K) stimulate the TLR9-NF-kB-proinflammatory cytokine signaling pathway in lymphocytes. The effect of cfDNA also depends on the concentration of these fragments in the extracellular environment. Since the concentrations of cfDNA in the blood of patients with schizophrenia are significantly increased compared to healthy donors, we should expect a much higher level of activation of the TLR9-NF-kB signaling pathway in the body cells of sick people.

Samples of cfDNA from patients with schizophrenia have a pronounced biological effect on cells of the immune system, stimulating the synthesis of pro-inflammatory cytokines by activating the TLR9-NF-kB-proinflammatory cytokines signaling pathway. High levels of cfDNA in blood plasma may be one of the reasons for the induction and maintenance of low-level inflammation in schizophrenia.

шизофрениявоспалениевкДНКToll-подобный рецептормононуклеарыIL-8schizophreniainflammationcfDNAToll-like receptormononuclear cellsIL-8ReferencesЖесткова Е.М., Ершова Е.С., Мартынов А.В., Захарова Н.В., Костюк Г.П., Вейко Н.Н., Костюк С.В. Концентрация циркулирующей внеклеточной ДНК в плазме периферической крови больных с острыми психозами эндогенной и экзогенной этиологии // Психиатрия, 2021. Т. 19, № 3. С. 6-14.Jestkova E.M., Ershova E.S., Martynov A.V., Zakharova N.V., Kostyuk G.P., Veiko N.N., Kostyuk S.V. Concentration of Circulating Cell-Free DNA in the Peripheral Blood Plasma of Patients with Acute Endogenous and Exogenous Etiology Psychoses. Psikhiatriya = Psychiatry (Moscow), 2021, Vol. 19, no. 3, pp. 6-14. (In Russ.)Bramness J.G., Gundersen Ø.H., Guterstam, J., Rognli E.B., Konstenius M., Løberg E.-M., Medhus, S., Tanum, L., Franck, J. Amphetamine-induced psychosis – A separate diagnostic entity or primary psychosis triggered in the vulnerable? BMC Psychiatry, 2012, Vol. 12, 221. doi: 10.1186/1471-244X-12-221.Bramness J.G., Gundersen Ø.H., Guterstam, J., Rognli E.B., Konstenius M., Løberg E.-M., Medhus, S., Tanum, L., Franck, J. Amphetamine-induced psychosis – A separate diagnostic entity or primary psychosis triggered in the vulnerable? BMC Psychiatry, 2012, Vol. 12, 221. doi: 10.1186/1471-244X-12-221.Chestkov I.V., Jestkova E.M., Ershova E.S., Golimbet V.E., Lezheiko T.V., Kolesina N.Y., Porokhovnik L.N., Lyapunova N.A., Izhevskaya V.L., Kutsev S.I., Veiko N.N., Kostyuk S.V. Abundance of ribosomal RNA gene copies in the genomes of schizophrenia patients. Schizophr. Res., 2018 Jul;19, pp 305-314.Chestkov I.V., Jestkova E.M., Ershova E.S., Golimbet V.E., Lezheiko T.V., Kolesina N.Y., Porokhovnik L.N., Lyapunova N.A., Izhevskaya V.L., Kutsev S.I., Veiko N.N., Kostyuk S.V. Abundance of ribosomal RNA gene copies in the genomes of schizophrenia patients. Schizophr. Res., 2018 Jul;19, pp 305-314.Ershova E.S., Jestkova E.M., Martynov A.V., Shmarina G.V., Umriukhin P.E., Bravve L.V., Zakharova N.V., Kostyuk G.P., Saveliev D.V., Orlova M.D., Bogush M., Kutsev S.I., Veiko N.N., Kostyuk S.V. Accumulation of Circulating Cell-Free CpG-Enriched Ribosomal DNA Fragments on the Background of High Endonuclease Activity of Blood Plasma in Schizophrenic Patients. Int. J. Genomics, 2019, Vol. 2019, 8390585. doi: 10.1155/2019/8390585.Ershova E.S., Jestkova E.M., Martynov A.V., Shmarina G.V., Umriukhin P.E., Bravve L.V., Zakharova N.V., Kostyuk G.P., Saveliev D.V., Orlova M.D., Bogush M., Kutsev S.I., Veiko N.N., Kostyuk S.V. Accumulation of Circulating Cell-Free CpG-Enriched Ribosomal DNA Fragments on the Background of High Endonuclease Activity of Blood Plasma in Schizophrenic Patients. Int. J. Genomics, 2019, Vol. 2019, 8390585. doi: 10.1155/2019/8390585.Hilker R., Helenius, D., Fagerlund, B., Skytthe, A., Christensen, K., Werge T.M., Nordentoft, M., Glenthøj B. Heritability of Schizophrenia and Schizophrenia Spectrum Based on the Nationwide Danish Twin Register. Biol. Psychiatry, 2018, Vol. 83, pp. 492-498.Hilker R., Helenius, D., Fagerlund, B., Skytthe, A., Christensen, K., Werge T.M., Nordentoft, M., Glenthøj B. Heritability of Schizophrenia and Schizophrenia Spectrum Based on the Nationwide Danish Twin Register. Biol. Psychiatry, 2018, Vol. 83, pp. 492-498.Grohs M.N., Reynolds, J.E., Liu, J., Martin, J.W., Pollock, T., Lebel, C., Dewey D., Kaplan B.J., Field C.J., Dewey D. Prenatal maternal and childhood bisphenol a exposure and brain structure and behavior of young children. Environ. Health, 2019, Vol. 18, 85. doi: 10.1186/s12940-019-0528-9.Grohs M.N., Reynolds, J.E., Liu, J., Martin, J.W., Pollock, T., Lebel, C., Dewey D., Kaplan B.J., Field C.J., Dewey D. Prenatal maternal and childhood bisphenol a exposure and brain structure and behavior of young children. Environ. Health, 2019, Vol. 18, 85. doi: 10.1186/s12940-019-0528-9.Kawai T., Akira S. The role of pattern-recognition receptors in innate immunity: Update on Toll-like receptors. Nat. Immunol., 2010, Vol. 11, pp 373-384.Kawai T., Akira S. The role of pattern-recognition receptors in innate immunity: Update on Toll-like receptors. Nat. Immunol., 2010, Vol. 11, pp 373-384.McKernan D.P., Dennison U., Gaszner G, Cryan J.F., Dinan T.G. Enhanced peripheral toll-like receptor responses in psychosis: Further evidence of a pro-inflammatory phenotype. Transl. Psychiatry, 2011, Vol. 1, e36. doi: 10.1038/tp.2011.37.McKernan D.P., Dennison U., Gaszner G, Cryan J.F., Dinan T.G. Enhanced peripheral toll-like receptor responses in psychosis: Further evidence of a pro-inflammatory phenotype. Transl. Psychiatry, 2011, Vol. 1, e36. doi: 10.1038/tp.2011.37.Patlola S.R., Donohoe G., McKernan D.P. Counting the Toll of Inflammation on Schizophrenia – A Potential Role for Toll-like Receptors. Biomolecules, 2023, Vol. 13, 1188. doi: 10.3390/biom13081188.Patlola S.R., Donohoe G., McKernan D.P. Counting the Toll of Inflammation on Schizophrenia – A Potential Role for Toll-like Receptors. Biomolecules, 2023, Vol. 13, 1188. doi: 10.3390/biom13081188.Yang Q., Wang G., Zhang F. Role of peripheral immune cells-mediated inflammation on the process of neurodegenerative diseases. Front. Immunol., 2020, Vol. 11, 582825. doi: 10.3389/fimmu.2020.582825.Yang Q., Wang G., Zhang F. Role of peripheral immune cells-mediated inflammation on the process of neurodegenerative diseases. Front. Immunol., 2020, Vol. 11, 582825. doi: 10.3389/fimmu.2020.582825.

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