Управление фиброзом тканей через регуляцию активации стромальных клеток-предшественников миофибробластов

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 23-15-00198

НазваниеУправление фиброзом тканей через регуляцию активации стромальных клеток-предшественников миофибробластов

Руководитель Ефименко Анастасия Юрьевна, Кандидат медицинских наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-405 - Регенеративная медицина

Ключевые слова Прогрессирующий фиброз, белок активации фибробластов альфа (FAPα), миофибробласты, инвазия, репаративная регенерация, фибротический фокус, внеклеточный матрикс, мезенхимные стромальные клетки, внеклеточные везикулы, микроРНК, реверсия фиброза

Код ГРНТИ76.03.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Наиболее частым исходом репаративной регенерации у млекопитающих является развитие фиброза, что в случаях обширного или хронического повреждения приводит к замещению функциональной ткани соединительной и является причиной серьезных заболеваний, обуславливающих почти 50% смертности в развитых странах. Поэтому важнейшей задачей биомедицины является изучение процессов развития фиброза с целью поиска эффективных способов его предотвращения и, возможно, полного или частичного разрешения с восстановлением функции поврежденных тканей. Основными эффекторными клетками фиброза считаются миофибробласты, которые формируют фибротические фокусы (fibrotic foci) – морфофункциональные единицы патологического фиброза, представляющие собой плотные отложения внеклеточного матрикса (ВКМ), в котором находятся синтетически активные миофибробласты. При этом пролиферативная и миграторная активность клеток выражена по периферии фокуса, образуя инвазивный фронт, обеспечивающий прогрессию фиброза, что во многом напоминает рост и инвазию злокачественных опухолей. Нерешенной актуальной задачей является выяснение механизмов появления активированных стромальных клеток на границе инвазивного фронта фибротического фокуса и дальнейшей их дифференцировки в миофибробласты. Известно, что активация различных клеточных типов, вносящих вклад в пул миофибробластов, сопровождается появлением экспрессии белка активации фибробластов альфа (FAPα). Этот же маркер описан для фибробластов, ассоциированных с опухолью (CAF), роль которых хорошо изучена в канцерогенезе, однако крайне мало известно о роли FAPα+ фибробластов в развитии фиброза. FAPα является мембранной протеазой, демонстрирующей экзо- и эндопептидазную активность, которая участвует в протеолизе ВКМ, облегчая инвазию клеток. С другой стороны, FAPα+ клетки способны к секреции ключевых белков профибротического ВКМ. Роль FAPα+ клеток в прогрессии фиброза на данный момент представляется весьма противоречивой. Ранее мы показали, что повреждение тканей легкого сопровождается появлением и накоплением FAPα+ клеток, что положительно коррелирует со степенью тяжести фиброза. Однако точный вклад FAPα+ клеток в ремоделирование фибротических фокусов и прогрессию или реверсию патологического фиброза остаётся неопределённым. В проекте мы предлагаем определить динамику появления и накопления, а также активность FAPα+ клеток в различных моделях фиброза, отличительными чертами которых является реверсивность - моделирование блеомицин-индуцированного фиброза легких у мышей и фиброз лёгких у человека на фоне пневмонии, вызванной вирусом SARS-Cov-2. Будет выяснено, какая именно активность FAPα (ферментативная или неферментативная) приводит к реализации его функций в стромальных клетках. Имеющиеся данные позволяют предположить, что активированные FAPα+ клетки стромы способны к дифференцировке в миофибробласты, и в данном процессе FAPα может играть роль основного регулятора. Мы планируем исследовать возможные механизмы, опосредующие участие FAPα в дифференцировке стромальных клеток, включая взаимодействие FAPα с молекулами-партнерами на клеточной мембране (интегринами и урокиназным рецептором), высвобождение ростовых факторов (в первую очередь, TGFβ) из ВКМ при его протеолизе. Будут установлены возможные механизмы подавления этих процессов за счет взаимодействия с другими стромальными клетками, в первую очередь, мезенхимными стромальными клетками (МСК), для которых показаны, в том числе в наших работах, выраженные антифибротические эффекты в экспериментальных и клинических исследованиях. Таким образом, впервые основное внимание при изучении прогрессирующего фиброза будет уделено не миофибробластам, а их стромальным клеткам-предшественникам и механизмам их активации и дифференцировки при участии FAPα. Результаты проекта позволят установить, может ли FAPα являться одним из центральных молекулярных регуляторов прогрессии и реверсии фиброза и возможной перспективной фармацевтической мишенью для его терапии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Басалова Н.А., Александрушкина Н.А., Григорьева О.А., Кулебякина М.А., Ефименко А.Ю. Fibroblast Activation Protein Alpha (FAP) in Fibrosis: Beyond a Perspective Marker for Activated Stromal Cells? Biomolecules, 13: 1718 (год публикации - 2023)
10.3390/biom13121718

2. Глазьева В.С., Александрушкина Н.А., Нимирицкий П.П., Кулебякина М.А., Еремичев Р.Ю., Макаревич П.И. Extracellular Matrix Deposition Defines the Duration of Cell Sheet Assembly from Human Adipose-Derived MSC International Journal of Molecular Sciences, 24, 17050 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms242317050

3. Толстолужинская А.Е.,Басалова Н.А., Ефименко А.Ю. Современные подходы к созданию 2D и 3D клеточных моделей для изучения фиброза легких Регенерация органов и тканей, Том 1, №2, С. 7–32 (год публикации - 2024)
10.60043/2949-5938-2023-2-7-32

4. Басалова Н.А., Григорьева О.А., Дьячкова У.Д., Виговский М.А., Кулебякина М.А., Толстолужинская А.Е., Попов В.С., Калинина Н.И., Акопян Ж.А., Ефименко А.Ю. Регуляция пула активированных фибробластов мезенхимными стромальными клетками как возможный механизм реверсии фиброза Гены и клетки, 18, 5-6 (год публикации - 2023)

5. Григорьева О.А., Басалова Н.А., Дьячкова У.Д., Новоселецкая Е.С., Виговский М.А., Арбатский М.С., Кулебякина М.А., Ефименко А.Ю. Modeling the profibrotic microenvironment in vitro: model validation bioRxiv, с. 1-27 (год публикации - 2023)
10.1101/2023.12.12.571237

6. Басалова Н.А., Григорьева О.А., Дьячкова У.Д., Виговский М.А., Кулебякина М.А., Арбатский М.С., Ефименко А.Ю. Выявление потенциальных маркеров популяции профибротических активированных стромальных клеток с помощью секвенирования единичных клеток Развитие физико-химической биологии, биоинженерии и биоинформатики на современном этапе, с. 44-45 (год публикации - 2023)

7. Толстолужинская А.Е., Басалова Н.А., Карагяур М.Н., Ефименко А.Ю. Тканеспецифичность экспрессии и альтернативный сплайсинг гена белка активации фибробластов альфа (FAPα) в стромальных клетках человека Гены и клетки, Т. 20, № 1. С. 54–67 (год публикации - 2025)
10.17816/gc636876

8. Бутузова Д.А., Кулебякина М.А., Басалова Н.А., Ефименко А.Ю. Fibroblast Activation Protein Alpha (FAPα) as a Promising Target in the Diagnostics and Treatment of Cancer and Fibrotic Diseases: Recent Approaches to Imaging and Assessment of Functional Activity Biochemistry (Moscow), Vol. 90, Suppl. 1, pp. S135-S145 (год публикации - 2025)
10.1134/S000629792460279X

9. Григорьева О.А., Басалова Н.А., Дьячкова У.Д., Новоселецкая Е.С., Виговский М.А., Арбатский М.С., Кулебякина М.А., Ефименко А.Ю. Modeling the profibrotic microenvironment in vitro: Model validation Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 733, 150574 (год публикации - 2024)
10.1016/j.bbrc.2024.150574

10. Басалова Н.А., Виговский М.А., Попов В.С., Лагерева Е.А., Григорьева О.А., Ефименко А.Ю. The role of activated stromal cells in fibrotic foci formation and reversion Cells, Том 13, номер 2064 (год публикации - 2024)
10.3390/cells13242064

11. Данилова Н.В., Басалова Н.А., Олейникова Н.А., Келли Е.И., Зайратьянц О.В., Ефименко А.Ю. Особенности локализации FAP-положительных активированных стромальных клеток при фиброзе у пациентов с новой коронавирусной инфекцией COVID-19 Архив патологии, Том 86, №6, С. 5-14 (год публикации - 2024)
10.17116/patol2024860615

12. Толстолужинская А.Е., Басалова Н.А., Бирюкова В.Н., Ефименко А.Ю. The effect of microRNAs within extracellular vesicles of mesenchymal stromal cells on myofibroblasts dedifferentiation in cellular models of fibrosis FEBS Open Bio, Vol. 15 (Suppl. 2), P. 90 (год публикации - 2025)
10.1002/2211-5463.70071

13. Басалова Н.А., Пантелеева О.Г., Виговский М.А., Гринчевская Л.Р., Цыганков А.Ю., Толстолужинская А.Е., Саакян С.В., Ефименко А.Ю. Механизмы участия субпопуляций стромальных клеток жировой ткани орбиты, различающихся по экспрессии CD90, в развитии эндокринной офтальмопатии Морфология (год публикации - 2025)

14. Дьячкова У.Д., Басалова Н.А., Виговский М.А., Ефименко А.Ю., Григорьева О.А. Создание клеточных моделей для оценки специфической активности биологических препаратов для лечения фибротических заболеваний Разработка и регистрация лекарственных средств, Том 14, №3,С. 168–176. (год публикации - 2025)
10.33380/2305-2066-2025-14-3-2095

15. Басалова Н.А., Попов В.С., Антропова Ю.Г., Данилова Н.В., Бирюкова В.Н., Дьячкова У.Д., ВИговский М.А., Григорьева О.А., Калинина Н.И., Ефименко А.Ю. Acomys cahirinus develop lung stroma distortion but not fibrosis after bleomycin‑induced injury Inflammation and Regeneration, Volume 45, article number 27 (год публикации - 2025)
10.1186/s41232-025-00391-4

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Наиболее частым исходом репаративной регенерации у млекопитающих является развитие фиброза, что в случаях обширного или хронического повреждения приводит к замещению функциональной ткани соединительной и является причиной серьезных заболеваний, обуславливающих почти 50% смертности в развитых странах. Поэтому важнейшей задачей биомедицины является изучение процессов развития фиброза с целью поиска эффективных способов его предотвращения и, возможно, полного или частичного разрешения с восстановлением функции поврежденных тканей. Основными эффекторными клетками фиброза считаются миофибробласты, которые формируют фибротические фокусы (fibrotic foci) – морфофункциональные единицы патологического фиброза, представляющие собой плотные отложения внеклеточного матрикса (ВКМ), в котором находятся синтетически активные миофибробласты. При этом пролиферативная и миграторная активность клеток выражена по периферии фокуса, образуя инвазивный фронт, обеспечивающий прогрессию фиброза, что во многом напоминает рост и инвазию злокачественных опухолей. Нерешенной актуальной задачей является выяснение механизмов появления активированных стромальных клеток на границе инвазивного фронта фибротического фокуса и дальнейшей их дифференцировки в миофибробласты. Известно, что активация различных клеточных типов, вносящих вклад в пул миофибробластов, сопровождается появлением экспрессии белка активации фибробластов альфа (FAPа). Этот же маркер описан для фибробластов, ассоциированных с опухолью (CAF), роль которых хорошо изучена в канцерогенезе, однако крайне мало известно о роли FAPа+ стромальных клеток в развитии фиброза. В данном проекте впервые в фокусе внимания являются активированные стромальные клетки-предшественники миофиброластов (FAPа+ клетки) и получены новые данные об их роли в развитии прогрессирующего фиброза. На втором этапе проекта мы исследовали клеточно-молекулярные механизмы дифференцировки этих клеток в миофибробласты, взаимодействия с белками ВКМ и клетками иммунной системы, влияния на ангиогенез, а также гетерогенность популяции FAPa+ клеток при фиброзе. С помощью иммунопреципитации и протеомного анализа мы установили несколько вероятных белков-партнеров FAPa и проследили динамику экспрессии некоторых из них в фибробластах, дифференцирующихся под воздействием TGFb. Применение специфического химического ингибитора FAPа позволило уточнить роль ферментативной активности FAPа в регуляции фенотипа и функций стромальных клеток. С использованием полученных нами генетически модифицированных линий фибробластов человека с подавлением или гиперэкспрессией FAPа была подробно изучена возможная роль этого белка в активации стромальных клеток и их дифференцировке в миофибробласты. Используя различные клеточные модели, мы подтвердили критическую роль FAPa в активации стромальных клеток, проявляющейся в повышении пролиферативной, миграторной и инвазивной активности. Можно предполагать активное участие FAPа-позитивных стромальных клеток в ремоделировании матриксного ядра фибротического фокуса. FAPa необходим для полноценной дифференцировки фибробластов в миофибробласты, но выраженность этого эффекта может быть донор-специфичным. Мы также сделали вывод о наличии тканеспецифичных различий влияния FAPа на функциональные свойства стромальных клеток. Были получены новые данные о взаимодействии FAPа+ стромальных клеток с иммунными клетками моноцитарно/макрофагального ряда. Макрофаги, поляризованные в М1- и М2а-направлениях, способствуют активации стромальных клеток, но не дифференцировке в миофибробласты. Паракринные сигналы от активированных стромальных клеток стимулируют экспрессию генов М2-макрофагов, а также снижают экспрессию некоторых генов М1-макрофагов, однако без значимой связи с уровнем FAPa. Нами установлен вклад FAPа в формирование и стабилизацию новообразованных капилляров на модели формирования капилляроподобных структур эндотелиальными клетками на клеточных пластах из стромальных клеток с модулируемой экспрессией FAPa. Важной задачей проекта было проследить динамику развития морфофункциональных единиц фиброза тканей - фибротического фокуса - в животной модели фиброза легких in vivo у мышей и установить роль FAPа+ клеток в формировании, росте и ремоделировании фокуса. Мы показали, что FAPa+ клетки появляются уже на ранних стадиях повреждения ткани и начинают дифференцироваться в aSMA+ миофибробласты. Это приводит к утолщению стенок альвеол как за счет пролиферативной активности FAPa+ клеток, так и за счёт их дифференцировки в миофибробласты и формированию фибротических фокусов. На сроках разрешения фиброза примерно к 4 месяцу наблюдается формирование новых структур, представляющих собой образования с высокой представленностью CD90+ клеток, которые мы назвали “фокусы ремоделирования”, а также много CD90+FAPa+ клеток. Поскольку такие зоны в основном окружают сохранившиеся aSMA+ участки, можно предположить, что именно эти клетки вносят существенный вклад в ремоделирование соединительной ткани. Таким образом, мы доказали, что FAPа+ клетки вносят существенный вклад как в инициацию фиброза, формирование фибротических фокусов, так и в ремоделирование фибротической ткани. Нами были выделены и проанализированы субпопуляции FAPa+ стромальных клеток (FAPa+CD90+ и FAPa+CD90-) из легких мышей с фиброзом легких, однако согласно данным гистологического анализа дизайн этой экспериментальной задачи будет оптимизирован на заключительном этапе проекта. Кроме того, с помощью биоинформатического анализа и дальнейшей валидации методом иммуноблотинга мы установили несколько микроРНК, потенциально связывающихся с мишенью мРНК FAPa и способные регулировать его экспрессию. Таким образом, нами получены оригинальные данные о роли FAPа+ клеток в формировании и прогрессии фиброза, что в дальнейшем позволит сформулировать концепцию участия этих клеток в патогенезе фибропролиферативных заболеваний. Результаты проекта позволят расширить и углубить представление о механизмах репаративной регенерации в постнатальных тканях млекопитающих и стать основой для разработки новых подходов к лечению фиброзирующих заболеваний, в том числе фиброза легких. https://istina.msu.ru/projects/567971935/

Публикации