Исследование эффекторных молекул автономного и неавтономного влияния апоптоза Т-лимфоцитов в условиях «клеточного соседства» в культуре у здоровых людей и пациентов с РА

Известно, что клеточный гомеостаз в организме поддерживается процессами пролиферации и гибели клеток, при этом апоптоз является наиболее частым и физиологичным, «тихим» механизмом элиминации клеток. В настоящее время показано, что процесс апоптоза, традиционно считавшийся автономным, оказывает выраженное неавтономное влияние на миграцию, пролиферацию, гибель соседних клеток. Основанием для данной работы послужили данные о нарушении программированной гибели мононуклеарных клеток у пациентов с ревматоидным артритом, приводящие к формированию аутоиммунного воспаления. Целью настоящего исследования являлось оценка эффекторных молекул автономного и неавтономного влияния апоптоза Т-лимфоцитов в условиях «клеточного соседства» в культуре у здоровых людей и пациентов с ревматоидным артритом (РА). Объектом исследования являлись образцы крови пациенток с РА и здоровых женщин сопоставимого возраста. Проводились эксперименты, направленные на выявление уровней основных молекул рецепторного и митохондриального апоптоза Т-лимфоцитов in vitro. В проведенных ранее исследованиях с применением разработанной нами модели «клеточного соседства» не было установлено различий по параметрам раннего и позднего активационного апоптоза между группами доноров и пациентов с РА. При этом в результате недельной инкубации в апоптотических культурах пациентов значимо увеличилось число живых клеток, несущих маркер пролиферации Ki-67. Различный исход индукции апоптоза в культурах, находящихся в равных условиях «клеточного соседства» у здоровых людей и пациентов с РА, выявил необходимость изучения основных эффекторных молекул апоптоза в исследуемых группах. В данном исследовании был установлен низкий потенциал рецепторного пути активации апоптоза за счет подавления продукции TNFα в процессе инкубации клеток в условиях «клеточного соседства» в культурах здоровых людей и низкого изначально и не меняющегося в динамике и в различных вариантах инкубации уровня TNFα в супернатантах пациентов с РА, а также низкого содержания инициирующей каспазы-8 в обеих группах. Было определено значимое подавление эффекторных молекул митохондриального пути активации апоптоза – антиапоптотического фактора Bcl-2 и транскрипционного фактора p53 в культурах апоптотических клеток, а также смешанных в условиях «клеточного соседства» пролиферирующих и апоптотических клеток у пациентов с РА и отсутствие динамики по содержанию указанных белков у здоровых людей. При этом между отдельными вариантами культур пациентов с РА относительно здоровых людей по содержанию указанных молекул различий не было установлено. Учитывая, что обе исследуемые группы характеризовались значительной активацией продукции IL-4 и IL-6, цитокинов, обладающих автономными и не автономными защитными и репаративными свойствами, можно заключить, что высокие уровни указанных цитокинов различным образом проявляли себя в культурах клеток, находящихся в условиях «клеточного соседства». Если у здоровых людей нахождение клеток в неблагоприятных условиях сочеталось с поддержанием баланса пролиферации и апоптоза, то у пациентов с РА поддержание указанного баланса активировало процессы пролиферации и сопровождалось увеличением числа живых клеток в апоптотических культурах.

1. Арефьева А.С. Роль апоптоза в развитии системных аутои4ммунных заболеваний // Иммунология, 2014. Т. 35, № 2. С. 103-107.

2. Ковалева О.В., Шитова М.С., Зборовская И.Б. Аутофагия: клеточная гибель или способ выживания // Клиническая онкогематология, 2014. Т. 7, № 2. С. 103-113.

3. Beck J., Turnquist C., Horikawa I., Harris C.. Targeting cellular senescence in cancer and aging: roles of p53 and its isoforms. Carcinogenesis, 2020, Vol. 41, no. 8, pp. 1017-1029.

4. Bhattacharyya S., Ghosh S.S.. Unfolding transmembrane TNFα dynamics in cancer therapeutics. Cytokine, 2021, Vol. 137, 155303. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2020.155303.

5. Bosurgi L., Cao Y.G., Cabeza-Cabrerizo M., Tucci A., Hughes L.D., Kong Y., Weinstein J.S., Licona-Limon P., Schmid E.T., Pelorosso F., Gagliani N., Craft J.E., Flavell R.A., Ghosh S., Rothlin C.V.. Macrophage function in tissue repair and remodeling requires IL-4 or IL-13 with apoptotic cells. Science, 2017, Vol. 356, no. 6342, pp. 1072-1076.

6. Cao Y., Liu J. Impaired apoptosis of peripheral blood CD4+T cells in patients with rheumatoid arthritis. Chin. J. Cell. Mol. Immunol., 2015, Vol. 31, no. 5, pp. 682-685.

7. Chong K.H., Samarasinghe S., Kulasiri D., Zheng J.. Mathematical modelling of core regulatory mechanism in p53 protein that activates apoptotic switch. J. Theor. Biol., 2019, Vol. 462, pp. 134-147.

8. Cimmino I., Prisco F., Orso S., Agognon A.L., Liguoro P., De Biase D., Doti N., Ruvo M., Paciello O., Beguinot F., Formisano P., Oriente F. Interleukin 6 reduces vascular smooth muscle cell apoptosis via Prep1 and is associated with aging. FASEB J., 2021, Vol. 35, no. 11, e21989. https://doi.org/10.1096/fj.202100943R.

9. Fang C., Weng T., Hu S. Yuan Z., Xiong H., Huang B., Cai Y., Li L., Fu X. IFN-γ-induced ER stress impairs autophagy and triggers apoptosis in lung cancer cells. Oncoimmunology, 2021, Vol. 10, no. 1, 1962591. https://doi.org/10.1080/2162402X.2021.1962591.

10. Feng F.B., Qiu H.Y. Effects of Artesunate on chondrocyte proliferation, apoptosis and autophagy through the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway in rat models with rheumatoid arthritis. Biomed. Pharmacother., 2018, Vol. 102, pp. 1209-1220.

11. Fernando M.R., Reyes J.L., Iannuzzi J., Leung, G., McKay D.M. The pro-inflammatory cytokine, interleukin-6, enhances the polarization of alternatively activated macrophages. PLoS One, 2014, Vol. 9, no. 4, e94188. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0094188

12. Fritsch M., Günther S.D., Schwarzer R., Albert M.C., Schorn F., Werthenbach J.P., Schiffmann L.M., Stair N., Stocks H., Seeger J.M., Lamkanfi M., Krönke M., Pasparakis M., Kashkar H. Caspase-8 is the molecular switch for apoptosis, necroptosis and pyroptosis. Nature, 2019, Vol. 575, no. 7784, pp. 683-687.

13. Hashiramoto A., Konishi Y., Murayama K., Kawasaki H., Yoshida K., Tsumiyama K., Tanaka K., Mizuhara M., Shiotsuki T., Kitamura H., Komai K., Kimura T., Yagita H., Shiozawa K., Shiozawa S.. A variant of death-receptor 3 associated with rheumatoid arthritis interferes with apoptosis-induction of T cell. J. Biol. Chem., 2018, Vol. 293, no. 6, pp. 1933-1943.

14. He Q., Sun C., Lei W., Ma J.. SOCS1 Regulates Apoptosis and Inflammation by Inhibiting IL-4 Signaling in IL-1β-Stimulated Human Osteoarthritic Chondrocytes. Biomed. Res. Int., 2017, Vol. 2017, 4601959. https://doi.org/10.1155/2017/4601959.

15. Huang Q., Zheng Y., Ou Y., Xiong H., Yang H., Zhang Z., Chen S., Ye Y.. miR-34a/Bcl-2 signaling pathway contributes to age-related hearing loss by modulating hair cell apoptosis. Neurosci Lett., 2017, Vol. 661, pp. 51-56.

16. Hussain A., Tarahomi .T, Singh L., Bollampally M., Heydari-Kamjani M., Kesselman M.M. Cardiovascular Risk Associated With TNF Alpha Inhibitor Use in Patients With Rheumatoid Arthritis. Cureus, 2021, Vol. 13, no. 9, e17938. https://doi.org/10.7759/cureus.179385.

17. Kawamoto Y, Nakajima YI, Kuranaga E. Apoptosis in cellular society: communication between apoptotic cells and their neighbors. Int. J. Mol. Sci., 2016, Vol. 17, no. 12, 2144. https://doi.org/10.3390/ijms17122144.

18. Kinnaird A., Boukouris A.E., Saleme B., Dromparis P., Zervopoulos S.D., Gurtu V., Sutendra G., Michelakis E.D.. Interaction with p53 explains a pro-proliferative function for VHL in cancer. J. Mol. Med. (Berl.), 2020, Vol. 98, no. 9, pp. 1269-1278.

19. Kong L., Qian K., Wu S., Li B., Guo Z., Yin X., Huang Y., Ye J., Tu X., Fu S.. Functional characterization of TNF-α in pufferfish (Takifugu obscurus) in immune response and apoptosis against Aeromonas hydrophila. J. Fish Dis., 2021, Vol. 44, no. 9, pp. 1343-1353.

20. Lee S.H., Kwon J.Y., Kim SY, Jung K, Cho ML. Interferon-gamma regulates inflammatory cell death by targeting necroptosis in experimental autoimmune arthritis. Sci. Rep., 2017, Vol. 7, no. 1, 10133. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09767-0.

21. Linnemann A.K., Blumer J., Marasco M.R., Battiola T.J., Umhoefer H.M., Han J.Y., Lamming D.W., Davis D.B. Interleukin 6 protects pancreatic β cells from apoptosis by stimulation of autophagy. FASEB J., 2017, Vol. 31, no. 9, pp. 4140-4152.

22. Mattyasovszky S.G., Mausbach S., Ritz U., Wollstädter J., Schmidtmann I., Baranowski A., Drees P., Rommens P.M., Hofmann A. Cytokine Interferon-γ suppresses the function of capsule myofibroblasts and induces cell apoptosis. J. Orthop. Res., 2017, Vol. 35, no. 11, pp. 2524-2533.

23. Mauer J., Denson J.L., Bruning J.C. Versatile functions for IL-6 in metabolism and cancer. Trends Immunol., 2015, Vol. 36, no. 2, pp. 92-101.

24. Mirakhor Samani S., Ezazi Bojnordi T., Zarghampour M., Merat S., Fouladi D.F. Expression of p53, Bcl-2 and Bax in endometrial carcinoma, endometrial hyperplasia and normal endometrium: a histopathological study. J. Obstet. Gynaecol., 2018, Vol. 38, no. 7, pp. 999-1004.

25. Nakajima Y., Kuranaga E. Apoptosis in cellular society: communication between apoptotic cells and their neighbors. Int. J. Mol. Sci., 2016, Vol. 17, no. 12, 2144. https://doi.org/10.3390/ijms17122144.

26. Pegoretti V., Baron W., Laman J.D., Eisel U.L.M. Selective Modulation of TNF-TNFRs Signaling: Insights for Multiple Sclerosis Treatment. Front. Immunol., 2018, Vol. 9, 925. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.00925.

27. Peña-Martínez P., Eriksson M., Ramakrishnan R., Chapellier M., Högberg C., Orsmark-Pietras C., Richter J., Andersson A., Fioretos .T, Järås M.. Interleukin 4 induces apoptosis of acute myeloid leukemia cells in a Stat6- dependent manner. Leukemia, 2018, Vol. 32, no. 3, pp. 588-596.

28. Pérez-Garijo A, Steller H. Spreading the word: non-autonomous effects of apoptosis during development, regeneration and disease. Development, 2015, Vol. 142, no. 19, pp. 3253-3262.

29. Pérez-Garijo A. When dying is not the end: Apoptotic caspases as drivers of proliferation. Semin. Cell Dev. Biol., 2018, Vol. 82, pp. 86-95.

30. Sano E., Kazaana A., Tadakuma H., Takei T., Yoshimura S., Hanashima Y., Ozawa Y., Yoshino A., Suzuki Y., Ueda T.. Interleukin-6 sensitizes TNF-α and TRAIL/Apo2L dependent cell death through upregulation of death receptors in human cancer cells. Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res., 2021, Vol. 1868, no. 7, 119037. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2021.119037.

31. Sestito C., Brevé J.J.P., Bol J.G.J.M., Wilhelmus M.M.M., Drukarch B., van Dam A.M. Tissue Transglutaminase contributes to myelin phagocytosis in interleukin-4-treated human monocyte-derived macrophages. Cytokine, Vol. 128, 155024. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2020.155024.

32. Todaro M., Lombardo Y., Francipane M.G., Alea M.P., Cammareri P., Iovino F., di Stefano A.B., di Bernardo C., Agrusa A., Condorelli G., Walczak H., Stassi G.. Apoptosis resistance in epithelial tumors is mediated by tumor-cell-derived interleukin-4. Cell Death Differ., 2008, Vol. 15, no. 4, pp. 762-772.

33. Wang P., Feng Y.B., Wang L., Li Y., Fan C., Song Q., Yu S.Y.. Interleukin-6: Its role and mechanisms in rescuing depression-like behaviors in rat models of depression. Brain Behav. Immun., 2019, Vol. 82, pp. 106-121.

34. Young T.M., Reyes C., Pasnikowski E., Castanaro C., Wong C., Decker C.E., Chiu J., Song H., Wei Y., Bai Y., Zambrowicz B., Thurston G., Daly C. Autophagy protects tumors from T cell-mediated cytotoxicity via inhibition of TNFα-induced apoptosis. Sci. Immunol., 2020, Vol. 5, no. 54, eabb9561. https://doi.org/10.1126/sciimmunol.abb9561.

35. Zhang J., Zhang S., Shi Q., Allen T.D., You F., Yang D.. The anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-xL suppress Beclin 1/Atg6-mediated lethal autophagy in polyploid cells. Exp. Cell. Res., 2020, Vol. 394, no. 1, 112112. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2020.112112.

36. Zhang K.S., Wang J.F., Zhang S.L., Li Z., Pei Z., Guan Z.P. Effects of tumor necrosis factor alpha on the expression of programmed cell death factor 5 in Arthritis. Orthop. Surg., 2019, Vol. 11, pp. 698-704.

37. Zhang, S., Zhao, J., Ma W. Ma Circ-Sirt1 inhibits proliferation, induces apoptosis, and ameliorates inflammation in human rheumatoid arthritis fibroblast-like synoviocytes. Autoimmunity, 2021, Vol. 54, no. 8, pp. 514-525.

38. Zheng L., Wang W., Ni J., Mao X., Song D., Liu T., Wei J., Zhou H. Role of autophagy in tumor necrosis factor-α-induced apoptosis of osteoblast cells. J. Investig. Med., 2017, Vol. 65, no. 6, pp. 1014-1020.