Влияние белка Rubicon на протекание LC3-ассоциированного фагоцитоза в моноцитах больных тяжелой атопической бронхиальной астмой

Атопическая бронхиальной астма является наиболее частым и тяжелым аллергическим заболеванием среди широкого спектра подобных болезней. Основной патогенез этого заболевания характеризуется нарушением гомеостаза T-лимфоцитов, что значительно ухудшает общее состояние здоровья.
При атопической бронхиальной астме происходит нарушение процесса апоптоза T-клеток. Это влечет за собой нарушение регуляции и поддержания гомеостаза периферических лимфоцитов. В нормальном состоянии организма T-клетки должны подвергаться апоптозу, а его продукты должны утилизироваться соседними клетками или профессиональными фагоцитами: моноцитами, макрофагами или дендритными клетками. Этот процесс нарушается при атопической бронхиальной астме.
Нарушение иммунной системы, такие как аутоиммунитет, часто возникают из-за неправильной регуляции апоптоза лимфоцитов. Это особенно актуально в случаях, когда происходит недостаточный клиренс апоптотических телец или даже его полное отсутствие.
В последние годы в научном и медицинском сообществах большое внимание обращено к такой форме фагоцитоза, как эффероцитоз. Это процесс, при котором апоптические клетки удаляются фагоцитарными клетками путем LC3-ассоциированного фагоцитоза (LAP).
Данный процесс инициирует поглощение за счет взаимодействий рецепторов плазматической мембраны фагоцита с апоптотической клеткой. Далее в клетке при участии определенных белков аутофагии (Beclin-1, VPS34, UVRAG, ATG5, ATG12, ATG7, ATG4, ATG4, LC3) формируется одномембранная фагосома. Фагосома обогащается молекулами LC3 белка и сливается с лизосомой, в которой затем происходит лизис захваченного «груза».
В рамках нашей работы был проведен подробный анализ содержания некоторых ключевых белков LAP-пути в моноцитах периферической крови больных бронхиальной астмой тяжелого течения. Было обнаружено, что экспрессия белка Rubicon повышена, что позволяет заключить, что в моноцитах здоровых доноров активируется LAP-путь, по которому происходит фагоцитоз погибающих T-клеток.
В то же время в моноцитах больных тяжелой формой атопической астмы активируются компоненты, характерные как для аутофагии, так и для LC3-ассоциированного фагоцитоза. Однако стоит отметить, что достоверно установлено снижение экспрессии белка Rubicon, предполагаемого маркера LC3-ассоциированного фагоцитоза.

1. Деев Р.В., Билялов А.И., Жампеисов Т.М. Современные представления о клеточной гибели // Гены и Клетки, 2018. Т. 13, № 1. С. 6-19.

2. Ибрагимов Б.Р., Скибо Ю.В., Абрамова З.И. Аутофагия и LC3-ассоциированный фагоцитоз: сходства и различия // Медицинская иммунология, 2023. Т. 25, № 2. С. 233-252. doi: 10.15789/1563-0625-AAL-2569.

3. Скибо Ю.В., Тихомирова М.В., Абрамов С.Н., Биктагирова Э.М., Решетникова И.Д., Акберова Н.И., Абрамова З.И. Анализ экспрессии ключевых белков-регуляторов апоптоза и аутофагии в Т-лимфоцитах больных бронхиальной астмой // Ученые записки Казанского университета. Серия естественные науки, 2019 . Т. 161, № 4. С. 505-520.

4. Скибо Ю.В., Фатхуллина А.Р., Ибрагимов Б.Р., Абрамов С.Н., Исмагилова Р.Р., Биктагирова Э.М., Андрианова И.А., Максудова А.Н., Абрамова З.И. Индукция апоптоза и аутофагии в Т-лимфоцитах пациентов с системной красной волчанкой // Казанский медицинский журнал, 2020. Т. 101, № 3. С. 347-355.

5. Смольникова М.В., Смирнова С.В., Ильенкова Н.А., Коноплева О.С. Иммунологические маркеры неконтролируемого течения атопической бронхиальной астмы у детей // Медицинская иммунология, 2017. Т. 19, № 4. С. 453-460. doi: 10.15789/1563-0625-2017-4-453-460.

6. Ярилин А.А., Никонова М.Ф., Ярилина А.А., Варфоломеева М.И., Григорьева Т.Ю. Апоптоз, роль в патологии и значимость его оценки при клинико-иммунологическом обследовании больных// Медицинская иммунология, 2000. Т. 2, № 1. С. 7-16.

7. Aguirre L.A., Montalbán-Hernández K., Avendaño-Ortiz J., Marín E., Lozano R., Toledano V., SánchezMaroto L., Terrón V., Valentín J., Pulido E., Casalvilla J.C., Rubio C., Diekhorst L., Laso-García F., Del Fresno C., Collazo-Lorduy A., Jiménez-Munarriz B., Gómez-Campelo P., Llanos-González E., Fernández-Velasco M., Rodríguez-Antolín C., Pérez de Diego R., Cantero-Cid R., Hernádez-Jimenez E., Álvarez E., Rosas R., Dies López-Ayllón B., de Castro J., Wculek S.K., Cubillos-Zapata C., Ibáñez de Cáceres I., Díaz-Agero P., Gutiérrez Fernández M., Paz de Miguel M., Sancho D., Schulte L., Perona R., Belda-Iniesta C., Boscá L., López-Collazo E. Tumor stem cells fuse with monocytes to form highly invasive tumor-hybrid cells. Oncoimmunology, 2020, Vol. 9, no. 1, 1773204. doi: 10.1080/2162402X.2020.1773204.

8. Arteaga-Blanco L.A., Mojoli A., Monteiro R.Q., Sandim V., Menna-Barreto R.F.S., Pereira-Dutra F.S., Bozza P.T., Resende R.O., Bou-Habib D.C. Characterization and internalization of small extracellular vesicles released by human primary macrophages derived from circulating monocytes. PloS One, 2020, Vol. 15, no. 8, e0237795. doi: 10.1371/journal.pone.0237795.

9. Boada-Romero E., Martinez J., Heckmann B.L., Green D.R. The clearance of dead cells by efferocytosis. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2020, Vol. 21, no. 7, pp. 398-414.

10. Costa G.M.J., Lacerda S.M.S.N., Figueiredo A.F.A., Wnuk N.T., Brener M.R.G., Andrade L.M., Campolina-Silva G.H., Kauffmann-Zeh A., Pacifico L.G.G., Versiani A. F., Antunes M.M., Souza F.R., Cassali G.D., Caldeira-Brant A.L., Chiarini-Garcia H., de Souza F.G., Costa V.V., da Fonseca F.G., Nogueira M.L., Campos G.R.F., Kangussu L.M., Martins E.M.N., Antonio L.M., Bittar C., Rahal P., Aguiar R.S., Mendes B.P., Procópio M.S., Furtado T.P., Guimaraes Y.L., Menezes G.B., Martinez-Marchal A., Orwig K.E., Brieño-Enríquez M., Furtado M.H. High SARS-CoV-2 tropism and activation of immune cells in the testes of non-vaccinated deceased COVID-19 patients. BMC Biol., 2023, Vol. 21, no. 1, 36. doi: 10.1186/s12915-022-01497-8.

11. Cunha L.D., Yang M., Carter R., Guy C., Harris L., Crawford J.C., Quarato G., Boada-Romero E., Kalkavan H., Johnson M.D.L., Natarajan S., Turnis M.E., Finkelstein D., Opferman J.T., Gawad C., Green D.R. LC3-Associated Phagocytosis in Myeloid Cells Promotes Tumor Immune Tolerance. Cell, 2018, Vol. 175, no. 2, pp. 429-441.

12. Florey O., Kim S.E., Sandoval C.P., Haynes C.M., Overholtzer M. Autophagy machinery mediates macroendocytic processing and entotic cell death by targeting single membranes. Nat. Cell Biol., 2011, Vol. 13, no. 11, pp. 1335-1343.

13. Gomzikova M.O., Zhuravleva M.N., Miftakhova R.R., Arkhipova S.S., Evtugin V.G., Khaiboullina S.F., Kiyasov A.P., Persson J.L., Mongan N.P., Pestell R.G., Rizvanov A.A. Cytochalasin B-induced membrane vesicles convey angiogenic activity of parental cells. Oncotarget, 2017, Vol. 8, no. 41, pp. 70496-70507.

14. Heckmann B.L., Boada-Romero E., Cunha L.D., Magne J., Green D.R. LC3-Associated Phagocytosis and Inflammation. J. Mol. Biol., 2017, Vol. 429, no. 23, pp. 3561-3576.

15. Heckmann B.L., Teubner B.J.W., Tummers B., Boada-Romero E., Harris L., Yang M., Guy C.S., Zakharenko S.S., Green D.R. LC3-Associated Endocytosis Facilitates β-Amyloid Clearance and Mitigates Neurodegeneration in Murine Alzheimer’s Disease. Cell, 2019, Vol. 178, no. 3, pp. 536-551.

16. Herb M., Gluschko A., Schramm M. LC3-associated phagocytosis – The highway to hell for phagocytosed microbes. Semin. Cell Dev. Biol., 2020, Vol. 101, pp. 68-76.

17. Inomata M., Xu S., Chandra P., Meydani S.N., Takemura G., Philips J.A., Leong J.M. Macrophage LC3- associated phagocytosis is an immune defense against Streptococcus pneumoniae that diminishes with host aging. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2020, Vol. 117, no. 52, pp. 33561-33569.

18. Ishii K.J., Kawagoe T., Koyama S., Matsui K., Kumar H., Kawai T., Uematsu S., Takeuchi O., Takeshita F., Coban C., Akira S. TANK-binding kinase-1 delineates innate and adaptive immune responses to DNA vaccines. Nature, 2008, Vol. 451, no. 7179, pp. 725-729.

19. Ji W.J., Ma Y.Q., Zhou X., Zhang Y.D., Lu R.Y., Sun H.Y., Z.Z. G., Zhang Z., Li Y.M., Wei L.Q. Temporal and spatial characterization of mononuclear phagocytes in circulating, lung alveolar and interstitial compartments in a mouse model of bleomycin-induced pulmonary injury. J. Immunol. Met., 2014, Vol. 403, no. 1-2, pp. 7-16.

20. Kelley S.M., Ravichandran K.S. Putting the brakes on phagocytosis: “don’t-eat-me” signaling in physiology and disease. EMBO Rep., 2021, Vol. 22, no. 6, e52564. doi: 10.15252/embr.202152564.

21. Lambrecht B.N., Hammad H. The immunology of the allergy epidemic and the hygiene hypothesis. Nat. Immunol., 2017, Vol. 18, no. 10, pp. 1076-1083.

22. Li C.H., Tsai M.L., Chiou H.C., Lin Y.C., Liao W.T., Hung C.H. Role of Macrophages in Air Pollution Exposure Related Asthma. Int. J. Mol. Sci., 2022. Vol. 23, no. 20, 12337. doi: 10.3390/ijms232012337.

23. Li T., Kong L., Li X., Wu S., Attri K. S., Li Y., Gong W., Zhao B., Li L., Herring L.E., Asara J. M., Xu L., Luo X., Lei Y.L., Ma Q., Seveau S., Gunn J.S., Cheng X., Singh P.K., Green D.R., Wang H., Wen H. Listeria monocytogenes upregulates mitochondrial calcium signalling to inhibit LC3-associated phagocytosis as a survival strategy. Nat. Microbiol., 2021, Vol. 6, no. 3, pp. 366-379.

24. Li Y., Yong Y.L., Yang M., Wang W., Qu X., Dang X., Shang D., Shao Y., Liu J., Chang Y. Fine particulate matter inhibits phagocytosis of macrophages by disturbing autophagy. FASEB J., 2020, Vol. 34, no. 12, pp. 16716-16735.

25. Lim J., Park H., Heisler J., Maculins T., Roose-Girma M., Xu M., Mckenzie B., van Lookeren Campagne M., Newton K., Murthy A. Autophagy regulates inflammatory programmed cell death via turnover of RHIM-domain proteins. eLife, 2019, Vol. 8, e44452. doi: 10.7554/eLife.44452.

26. Magné J., Green D.R. LC3-associated endocytosis and the functions of Rubicon and ATG16L1. Sci. Adv., 2022, Vol. 8, no. 43, eabo5600. doi: 10.1126/sciadv.abo5600.

27. Martinez J., Cunha L.D., Park S., Yang M., Lu Q., Orchard R., Li Q.Z., Yan M., Janke L., Guy C., Linkermann A., Virgin H.W., Green D.R. Corrigendum: Noncanonical autophagy inhibits the autoinflammatory, lupus-like response to dying cells. Nature, 2016, Vol. 539, no. 7627, 124. doi: 10.1038/nature19837.

28. Masud S., Prajsnar T.K., Torraca V., Lamers G.E.M., Benning M., Vaart M.V.D., Meijer A.H. Macrophages target Salmonella by Lc3-associated phagocytosis in a systemic infection model. Autophagy, 2019, Vol. 15, no. 5, pp. 796-812.

29. Masud S., van der Burg L., Storm L., Prajsnar T.K., Meijer A.H. Rubicon-Dependent Lc3 Recruitment to Salmonella-Containing Phagosomes Is a Host Defense Mechanism Triggered Independently From Major Bacterial Virulence Factors. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2019, Vol. 9, 279. doi: 10.3389/fcimb.2019.00279.

30. Matsunaga K., Saitoh T., Tabata K., Omori H., Satoh T., Kurotori N., Maejima I., Shirahama-Noda K., Ichimura T., Isobe T., Akira S., Noda T., Yoshimori T. Two Beclin 1-binding proteins, Atg14L and Rubicon, reciprocally regulate autophagy at different stages. Nat. Cell Biol., 2009, Vol. 11, no. 4, pp. 385-396.

31. Mehta P., Henault J., Kolbeck R., Sanjuan M.A. Noncanonical autophagy: one small step for LC3, one giant leap for immunity. Curr. Opin. Immunol., 2014, Vol. 26, pp. 69-75.

32. Minnullina L., Kostennikova Z., Evtugin V., Akosah Y., Sharipova M., Mardanova A. Diversity in the swimming motility and flagellar regulon structure of uropathogenic Morganella morganii strains. Int. Microbiol., 2022, Vol. 25, no. 1, pp. 111-122.

33. Morioka S., Maueröder C., Ravichandran K.S. Living on the Edge: Efferocytosis at the Interface of Homeostasis and Pathology. Immunity, 2019, Vol. 50, no. 5, pp. 1149-1162.

34. Reynolds E.S. The use of lead citrate at high pH as an electron-opaque stain in electron microscopy. J. Cell Biol., 1963, Vol. 17, no. 1, pp. 208-212.

35. Sanjuan M.A., Dillon C.P., Tait S.W., Moshiach S., Dorsey F., Connell S., Komatsu M., Tanaka K., Cleveland J.L., Withoff S., Green D.R. Toll-like receptor signalling in macrophages links the autophagy pathway to phagocytosis. Nature, 2007, Vol. 450, no. 7173, pp. 1253-1257.

36. Sun Q., Westphal W., Wong K.N., Tan I., Zhong Q. Rubicon controls endosome maturation as a Rab7 effector. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2010, Vol. 107, no. 45, pp. 19338-19343.

37. Tabata K., Matsunaga K., Sakane A., Sasaki T., Noda T., Yoshimori T. Rubicon and PLEKHM1 negatively regulate the endocytic/autophagic pathway via a novel Rab7-binding domain. Mol. Biol. Cell, 2010, Vol. 21, no. 23, pp. 4162-4172.

38. Yang C.S., Lee J.S., Rodgers M., Min C.K., Lee J.Y., Kim H.J., Lee K.H., Kim C.J., Oh B., Zandi E., Yue Z., Kramnik I., Liang C., Jung J.U. Autophagy protein Rubicon mediates phagocytic NADPH oxidase activation in response to microbial infection or TLR stimulation. Cell Host Microbe, 2012, Vol. 11, no. 3, pp. 264-276.

39. Zhang P., Zhu J., Zhang L., Lv X., Guo D., Liao L., Huang S., Peng Z. The Effects of Ginkgo biloba Extract on Autophagy in Human Macrophages Stimulated by Cigarette Smoke Extract. Front. Biosci. (Landmark Ed.), 2023, Vol. 28, no. 3, 50. doi: 10.31083/j.fbl2803050.

40. Zhong Y., Wang Q.J., Li X., Yan Y., Backer J.M., Chait B.T., Heintz N., Yue Z. Distinct regulation of autophagic activity by Atg14L and Rubicon associated with Beclin 1-phosphatidylinositol-3-kinase complex. Nat. Cell Biol., 2009, Vol. 11, no. 4, pp. 468-476.