Механизмы регуляции динамики цитоскелета при развитии воспаления и формировании защитного барьера кишки на мышиных моделях хронического колита.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-74-10022

НазваниеМеханизмы регуляции динамики цитоскелета при развитии воспаления и формировании защитного барьера кишки на мышиных моделях хронического колита.

Руководитель Кожевникова Елена Николаевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-205 - Клеточная биология, цитология, гистология

Ключевые слова проницаемость кишки, воспаление, плотные контакты, актиновые филаменты, метаболизм, митохондрии, АТФ, мышиные модели, муцин

Код ГРНТИ34.15.65

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Повышенная проницаемость кишки («синдром дырявого кишечника», leaky gut) характерна для ряда заболеваний желудочно-кишечного тракта, и особенно распространена при воспалительных заболеваниях кишки (ВЗК) и синдроме раздраженного кишечника (СРК). Нарушение барьера кишки наиболее выражено при ВЗК и приводит к потере жидкости и ионов, а также к не избирательному перемещению метаболитов, фрагментов микроорганизмов и иногда целых микроорганизмов в системный кровоток, вызывая интоксикацию, гиперактивацию иммунного ответа и аллергическую реакцию. Не смотря на большое количество публикаций в данной области, в клинике доступен ограниченный арсенал средств для лечения ВЗК: полному излечению поддается только 25% пациентов, у большей же части больных удается лишь временно смягчить симптомы заболевания. Поэтому на данный момент ведется активный поиск мишеней для борьбы с различными аспектами данных заболеваний, включая один из основных симптомов – нарушение защитного барьера кишки. В литературе достаточно хорошо описаны механизмы, обуславливающие повышение проницаемости кишки при остром воспалении. В этих случаях повышение проницаемости служит защитной реакцией организма и позволяет иммунным клеткам преодолевать кишечный барьер для борьбы с патогенами. По этой причине основной медикаментозного лечения служит применение антибиотиков и противовоспалительных препаратов: глюкокортикостероидов и иммуносуппрессоров. Однако в подавляющем большинстве случаев острая форма болезни переходит в хроническую или рецидивирующую, когда в основе патологического процесса лежит уже не острое, а так называемое «низкое воспаление» (low-grade inflammation), характерное для пациентов с ВЗК в стадии ремиссии и для пациентов с СРК. В этих случаях требуется особая форма лечения во избежание усугубления течения заболевания и снижения симптоматики в виде «синдрома дырявой кишки», а использование антибиотиков и противовоспалительных препаратов уже не представляется целесообразным. Значительная доля работ в области механизмов регуляции барьерной функции кишки основана на использовании моделей острого воспаления, и во многих случаях выполнена на клеточных культурах, которые не позволяют воспроизвести сложную систему, где клетки эпителия постоянно взаимодействуют с иммунными факторами и микрофлорой кишки. И хотя мы получили существенное понимание механизмов нарушения барьера кишки под воздействием воспалительных факторов как на культурах клеток, так и на моделях острого воспаления на животных, механизмы нарушения барьерной функции кишки в ходе развития «низкого воспаления» пока изучены слабо. Основной причиной тому является трудоемкость работы с адекватными моделями воспаления и недостаточная изученность клеточных процессов, которые бы объясняли нарушения барьера кишки в отсутствие острого воспаления. Ранее мы и другие авторы показали, что модель колоректального рака и воспаления кишки – мыши с мутацией в гене Muc2 - имеет свойства иммунного ответа в кишке, характерные для «низкого воспаления». Кроме того, мы показали, что у этих животных повышена проницаемость кишечного барьера на уровне плотных и адгезивных контактов в отсутствие транскрипционных событий, характерных для острого воспаления. Наши данные также позволили предположить, что повышение проницаемости на данной модели мышей связано с изменением структуры цитоскелета, в частности, с деполимеризацией актиновых филаментов, которые участвуют в формировании межклеточных контактов. Таким образом, на основе описанных выше результатов и литературных данных о взаимосвязи цитоскелета с клеточным метаболизмом, мы предположили, что в ходе развития «низкого воспаления» происходят метаболические сдвиги, связанные с нарушением окислительно-восстановительного баланса клеток, образованием активных форм кислорода и изменением работы митохондрий, а также с нарушением динамики концентрации ионов Ca2+в клетках кишки. В данной работе мы проведем анализ таких метаболических изменений на мышиной модели низкого воспаления Muc2-/-. Поскольку подобные метаболические и структурные изменения могут контролироваться Rho-зависимыми сигнальными каскадами, мы проведем транскриптомный анализ экспрессии генов и биохимический анализ компонентов Rho-зависимых сигнальных каскадов в кишке. Для того, чтобы оценить динамику комплексов плотных контактов у животных Muc2-/-, мы проведем их микроскопический и биохимический анализ в клетках кишки. Для оценки динамики цитоскелета в живых клетках будут использованы экспланты кишки животных Muc2-/- с флуоресцентно меченым актином. Затем такие экспланты будут использованы для создания скрининговой системы ex vivo, которая позволит проверить ряд метаболитов, способных влиять на полимеризацию f-актина и стабилизировать плотные контакты. Выбранные вещества будут проверены на способность снижать проницаемость кишки in vivo. В заключение, мы проверим еще две генетические модели мышей с хроническим колитом – мыши с нуль-мутацией генов Il10 и Nod2 – на предмет развития «низкого воспаления», нарушения динамки цитоскелета и изменения структуры белковых комплексов плотных контактов. Эти модели позволят нам проверить универсальность предложенного механизма повышения проницаемости кишки и протестировать активность выбранных веществ (например, АТФ, масляной кислоты, Ca2+, антиоксидантов, стабилизаторов актина и др.) на снижение проницаемости кишки при «низком воспалении». Таким образом, данная работа направлена, во-первых, на изучение роли динамки цитоскелета на проницаемость кишки в ходе развития «низкого воспаления». Во-вторых, в ходе выполнения работы будет создана и проверена система на основе эксплантов кишки мышей для ex vivo скрининга веществ, с потенциалом стабилизировать цитоскелет клеток кишки. В-третьих, будет проведен поиск веществ, способных восстанавливать барьерную функцию кишки ex vivo и in vivo.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мария Борисова, Ксения Ачасова, Ксения Морозова, Евгения Андреева, Екатерина Литвинова, Анна Огиенко, Марьяна Морозова, Мария Беркаева, Елена Киселева, Елена Кожевникова Mucin-2 knockout is a model of intercellular junction defects, mitochondrial damage and ATP depletion in the intestinal epithelium Scientific Reports, Sci Rep. 2020; 10: 21135. (год публикации - 2020)
10.1038/s41598-020-78141-4

2. Екатерина А. Литвинова, Виктория Д. Бец, Наталья А. Феофанова, Ольга В. Гвоздева, Ксения М. Ачасова, Елизавета Л. Альперина, Елена Н. Кожевникова Dietary Fucose Affects Macrophage Polarization and Reproductive Performance in Mice Nutrients (год публикации - 2021)
10.3390/nu13030855

3. Л.В. Болдырева, М.В. Морозова, С.С. Сайдакова, Е.Н. Кожевникова Fat of the Gut: Epithelial Phospholipids in Inflammatory Bowel Diseases International Journal of Molecular Sciences, Boldyreva LV, Morozova MV, Saydakova SS, Kozhevnikova EN. Fat of the Gut: Epithelial Phospholipids in Inflammatory Bowel Diseases. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(21):11682. https://doi.org/10.3390/ijms222111682 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms222111682

4. К.М. Ачасова, Е.Н. Кожевникова, М.А. Борисова, Е.А. Литвинова Fucose Ameliorates Tritrichomonas sp.-Associated Illness in Antibiotic-Treated Muc2−/− Mice International Journal of Molecular Sciences, Achasova KM, Kozhevnikova EN, Borisova MA, Litvinova EA. Fucose Ameliorates Tritrichomonas sp.-Associated Illness in Antibiotic-Treated Muc2−/− Mice. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(19):10699. https://doi.org/10.3390/ijms221910699 (год публикации - 2021)
10.3390/ijms221910699

5. Марьяна В. Морозова , Мария А. Борисова, Ольга А. Снытникова, Ксения М. Ачасова, Екатерина А. Литвинова, Юрий П. Центалович и Елена Н. Кожевникова Colitis-associated intestinal microbiota regulates brain glycine and host behavior in mice Scientific Reports, Sci Rep 12, 16345 (2022) (год публикации - 2022)
10.1038/s41598-022-19219-z

6. Сайдакова С.С.,Морозова К.Н.,Снытникова О.А., Морозова М.В., Болдырева Л.В., Киселева Е.В., Центалович Ю.П., Кожевникова Е.Н. The Effect of Dietary Phospholipids on the Ultrastructure and Function of Intestinal Epithelial Cells International Journal of Molecular Sciences, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(2), 1788 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24021788

Публикации