ВЛИЯНИЕ РАСТВОРИМЫХ ФАКТОРОВ МАКРОФАГОВ М2-ФЕНОТИПА НА ДИФФЕРЕНЦИРОВКУ КЛЕТОК ЛИНИИ SH-SY5Y

Известно, что макрофаги играют важную роль в запуске и регуляции процессов нейрорегенерации. Макрофаги характеризуются выраженной пластичностью, что проявляется в их способности изменять свой фенотип в зависимости от сигналов микроокружения. В условиях патологии одним из индукторов формирования противовоспалительного М2-фенотипа макрофагов является взаимодействие с апоптотическими клетками (эффероцитоз). Ранее нами был разработан оригинальный протокол генерации М2-подобных макрофагов, поляризованных в результате эффероцитоза в условиях депривации сыворотки. Целью настоящего исследования явилась оценка нейрорегенеративного потенциала таких макрофагов (M2 (LS), Low Serum). Исследовали влияние кондиционных сред М2 (LS) на процесс дифференцировки клеток линии SH-SY5Y в сравнении c ретиноевой кислотой (RA). В качестве морфологических критериев дифференцировки оценивали относительное содержание дифференцированных клеток, т.е. клеток с длиной нейритов, превышающей длину тела клетки, а также среднюю длину нейритов на 3-и, 7-е и 13-е сутки. Наряду с этим оценивали соотношение нейроноподобных (N-тип) и эпителиально-подобных (S-тип) клеток в культурах. Клетки SHSY5Y характеризовались низким уровнем спонтанной дифференцировки как в стандартных условиях (10% FBS), так и при депривации сыворотки (1% FBS). При обработке ретиноевой кислотой клетки SH-SY5Y прекращали делиться и подвергались нейрональной дифференцировке. Культивирование клеток SH-SY5Y в присутствии кондиционной среды (КС)-M2 (LS) (30% v/v) также приводило к значимому возрастанию относительного содержания дифференцированных клеток, средней длины нейритоподобных отростков, а также изменению баланса клеток S- и N-типа в сторону выраженного преобладания последних. При этом выраженность морфологических признаков дифференцировки на ранних этапах дифференцировки (3-и сут.) была достоверно снижена по сравнению с уровнем RA-индуцированных изменений и достигала уровня позитивного контроля только на более поздних стадиях (к 13-м сут.) (p < 0,05). В отличие от ретиноевой кислоты, КС-М2 (LS) индуцировали нейрональную дифференцировку клеток SH-SY5Y без подавления их пролиферативной активности. Полученные данные могут свидетельствовать о нейрорегенеративном потенциале M2 (LS) макрофагов in vitro, который опосредуется через растворимые факторы и проявляется в усилении дифференцировки клеток SH-SY5Y. 

1. Agholme L., Lindstrom T., Kagedal K., Marcusson J., Hallbeck L. An in vitro model for neuroscience: differentiation of SH-SY5Y cells into cells with morphological and biochemical characteristics of mature neurons. J. Alzheimers Dis., 2010, Vol. 20, no. 4, pp. 1069-1082.

2. Butovsky O., Ziv Y., Schwartz A., Landa G., Talpalar A.E., Pluchino S., Martino G., Schwartz M. Microglia activated by IL-4 or IFN-gamma differentially induce neurogenesis and oligodendrogenesis from adult stem/ progenitor cells. Mol. Cell. Neurosci., 2006, Vol. 31, no. 1, pp. 149-160.

3. Chernykh E.R., Shevela E.Ya., Sakhno L.V., Tikhonova M.A., Petrovsky Ya.L., Ostanin A.A. The generation and properties of human M2-like macrophages: potential candidates for CNS repair? Cell Ther. Transplant., 2010, Vol. 2, no. 6. doi: 10.3205/ctt-2010-en-000080.01.

4. Chernykh E.R., Shevela E.Ya., Starostina N.M., Morozov S.A., Davydova M.N., Menyaeva E.V., Ostanin A.A. Safety and therapeutic potential of M2-macrophages in stroke treatment. Cell Transplant., 2016, Vol. 25, no. 8, pp. 1461-1471.

5. Encinas M., Iglesias M., Liu Y., Wang H., Muhaisen A., Cena V., Gallego C., Comella J.X. Sequential treatment of SH-SY5Y cells with retinoic acid and brain-derived neurotrophic factor gives rise to fully differentiated, neurotrophic factor-dependent, human neuron-like cells. J. Neurochem., 2000, Vol. 75, no. 3, pp. 991-1003.

6. Fanti Z., Martinez-Perez M.E., De-Miguel F.F. NeuronGrowth, a software for automatic quantification of neurite and filopodial dynamics from time-lapse sequences of digital images. Dev. Neurobiol., 2013, Vol. 71, no. 10, pp. 870-881.

7. Huang D., Shen S., Cai M., Jin L., Lu J., Xu K., Zhang J., Feng G., Hu Y., Zheng K., Feng X. Role of mTOR complex in IGF-1 induced neural differentiation of DPSCs. J. Mol. Histol., 2019, Vol. 50, no. 3, pp. 273-283.

8. Jacobi А., Bareyre F.M. Regulation of axonal remodeling following spinal cord injury. Neural Regen. Res., 2015, Vol. 10, no. 10, pp. 1555-1557.

9. Jin K., Zhu Y., Sun Y., Mao X.O., Xie L., Greenberg D.A. Vascular endothelial growth factor (VEGF) stimulates neurogenesis in vitro and in svivo. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2002, Vol. 99, no. 18, pp. 11946-11950.

10. Lange C., Storkebaum E., De Almodóvar C.R., Dewerchin M., Carmeliet P. Vascular endothelial growth factor: a neurovascular target in neurological diseases. Nat. Rev. Neurol., 2016, Vol. 12, no. 8, pp. 439-454.

11. Lavenius E., Parrow V., Nanberg E., Pahlman S. Basic FGF and IGF-I promote differentiation of human SHSY5Y neuroblastoma cells in culture. Growth Factors, 1994, Vol. 10, no. 1, pp. 29-39.

12. Louissaint (Jr) A., Rao S., Leventhal C., Goldman S.A. Coordinated interaction of neurogenesis and angiogenesis in the adult songbird brain. Neuron, 2002, Vol. 34, no. 6, pp. 945-960.

13. Mattsson M.E., Enberg G., Ruusala A.I., Hall K., Pahlman S. Mitogenic response of human SH-SY5Y neuroblastoma cells to insulin-like growth factor I and II is dependent on the stage of differentiation. J. Cell Biol., 1986, Vol. 102, no. 5., pp. 1949-1954.

14. Miron V.E., Boyd A., Zhao J.W., Yuen T.J., Ruckh J.M., Shadrach J.L., van Wijngaarden P., Wagers A.J., Williams A., Franklin R.J. M2 microglia and macrophages drive oligodendrocyte differentiation during CNS remyelination. Nat. Neurosci., 2013, Vol. 16, no. 9, pp. 1211-1218.

15. Nicoletti J.N., Shah S.K., McCloskey D.P., Goodman J.H., Elkady A., Atassi H., Hylton D., Rudge J.S., Scharfman H.E., Croll S.D. Vascular endothelial growth factor is up-regulated after status epilepticus and protects against seizure-induced neuronal loss in hippocampus. Neuroscience, 2008, Vol. 151, no. 1, pp. 232-241.

16. Peng B., Kong G., Yang C., Ming Y. Erythropoietin and its derivatives: from tissue protection to immune regulation. Cell Death Dis., 2020, Vol. 11, no. 2, 79. doi: 10.1038/s41419-020-2276-8.

17. Popova D., Karlsson J., Jacobsson S.O.P. Comparison of neurons derived from mouse P19, rat PC12 and human SH-SY5Y cells in the assessment of chemical- and toxin-induced neurotoxicity. BMC Pharmacol Toxicol., 2017, Vol. 18, no.1, p. 42.

18. Pregi N., Vittori D., Pérez G., Pérez Leirós C., Nesse A. Effect of erythropoietin on staurosporine-induced apoptosis and differentiation of SH-SY5Y neuroblastoma cells. Biochim. Biophys. Acta, 2006, Vol. 1763, no. 2, pp. 238-246.

19. Rashchupkin I.M., Maksimova A.A., Sakhno L.V., Ostanin A.A., Shevela E.Ya., Chernykh E.R. The effect of M2 macrophage-derived soluble factors on proliferation and apoptosis of SH-SY5Y cells. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2021, Vol. 171, no. 1, pp. 59-63. (In Russ.)

20. Rawji K.S., Mishra M.K., Yong V.W. Regenerative capacity of macrophages for remyelination. Front Cell Dev. Biol., 2016, Vol. 4, 47. doi:10.3389/fcell.2016.00047.

21. Ross R.A., Spengler B.A., Biedler J.L. Coordinate morphological and biochemical interconversion of human neuroblastoma cells. J. Natl Cancer Inst., 1983, Vol. 71, no. 4, pp. 741-747.

22. Sakhno L.V., Shevela E.Y., Tikhonova M.A., Ostanin A.A., Chernykh E.R. The phenotypic and functional features of human M2 macrophages generated under low serum conditions. Scand. J. Immunol., 2016, Vol. 83, no. 2, pp. 151-159.

23. Shevela E., Davydova M., Starostina N., Yankovskaya A., Ostanin A., Chernykh Е. Intranasal delivery of M2 macrophage-derived soluble products reduces neuropsychological deficit in patients with cerebrovascular disease: a Pilot Study. J. Neurorestoratol., 2019, Vol. 7, no. 2, pp. 89-100.

24. Ulrich H., Resende R. Mechanisms of neural differentiation and integration. Semin. Cell Dev. Biol., 2019, Vol. 93, pp. 1-3.

25. Xiang X., Li Y., Fu M., Xin H-B. Polarizing macrophages in vitro. Methods Mol. Biol., 2018, Vol. 1784, pp. 119-126.

26. Xiong X.Y., Liu L., Yang Q.W. Functions and mechanisms of microglia/macrophages in neuroinflammation and neurogenesis after stroke. Prog. Neurobiol., 2016, Vol. 142, pp. 23-44.

27. Yuste V., Sánchez-López I., Solé C., Encinas M., Bayascas J., Boix J., Comella J. The prevention of the staurosporine-induced apoptosis by Bcl-xL, but not by Bcl-2 or caspase inhibitors, allows the extensive differentiation of human neuroblastoma cells. J. Neurochem., 2002, Vol. 80, no. 1, pp. 126-139.

28. Zhu Y., Jin K., Mao X.O., Greenberg D.A. Vascular endothelial growth factor promotes proliferation of cortical neuron precursors by regulating E2F expression. FASEB J., 2003, Vol. 17, no. 2, pp. 186-193.