доктор медицинских наук врач – сердечно-сосудистый хирург, старший научный сотрудник лаборатории рентгенэндоваскулярной и реконструктивной хирургии сердца и сосудов отдела хирургии сердца и сосудов федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, Cardiovascular Surgeon, Senior Researcher at the Laboratory of Endovascular and Reconstructive Surgery of the Heart and Blood Vessels, Department of Heart and Vascular Surgery, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
Основные положения
Резюме
Актуальность. Изменения в шунте и коронарной артерии (КА) морфофункциональной системы «кондуит – артерия», приводящие к неудовлетворительным клиническим результатам коронарного шунтирования в отдаленном периоде, зачастую определяются дисфункцией эндотелия. Данный патологический процесс может быть менее выражен при использовании аутоартериальных кондуитов, поскольку соединение одной артерии с другой связано с большим количеством схожих категорий протеома и транскриптома эндотелиальных клеток (ЭК) этих сосудов. Вместе с тем остается неясным, что представляет собой интерактом данного соединения, в основе которого лежит взаимодействие дифференциально экспрессируемых генов и белков, отражающих структурно-функциональную гетерогенность различных ЭК и способных влиять на биологическую конгруэнтность артерио-артериального континуума.
Цель. Охарактеризовать интерактом ЭК КА и внутренней грудной артерии (ВГА) для оценки биологической конгруэнтности артерио-артериального континуума.
Материалы и методы. В исследовании использованы коммерческие культуры первичных ЭК КА и ВГА человека. Оценка физиологической экспрессии проведена посредством транскриптомного и протеомного профилирования при помощи полнотранскриптомного секвенирования и жидкостной хромато-масс-спектрометрии соответственно. Массивы транскриптомных и протеомных данных исследованы путем биоинформатического анализа с использованием баз данных Gene Ontology, Reactome, UniProtKB и KEGG. Для оценки интерактома выполнено компьютерное моделирование in silico и дана его характеристика.
Результаты. Большинство категорий взаимодействия по типу «белок-белок» и «ген-ген» в ЭК КА и ВГА оказались ответственны за структурное и функциональное поддержание эндотелиального монослоя и базальной мембраны. Это выражалось в таких категориях, как межклеточные соединения (плотные, якорные, фокальные, щелевидные контакты, сборка клеточных контактов, соединение клетки и субстрата), адгезия клеток (клеточная адгезия, межклеточная адгезия и ее регуляция) и матрикса (соединение клетки и матрикса, контакт клетки с матриксом). Кроме этого, такие взаимодействия были связаны с образованием сосудов (морфогенез и развитие сосудов, ангиогенез, регуляция ангиогенеза, прорастающий ангиогенез, сигнальный путь VEGF, регуляция продукции VEGF, транскрипция и трансляция пре-NOTCH, передача сигналов NOTCH), пролиферацией ЭК (развитие, дифференциация и миграция ЭК), образованием эластических волокон (молекулы, ассоциированные с эластическими волокнами, формирование эластических волокон, сборка эластических волокон), биосинтезом NO и его регуляцией (стимулирование NO-гуанилатциклазы, передача сигнала, опосредованная NO, регуляция процесса биосинтеза NOS, регуляция активности NOS).
Заключение. Набор данных о взаимодействии дифференциально экспрессируемых белков и генов ЭК КА и ЭК ВГА характеризуется значительным обогащением путей артериального гомеостаза за счет когерентного структурно-функционального эффекта контактирующих гетерогенных клеток и синергичным влиянием на эндотелиальный фенотип, что, вероятно, поддерживает биологическую конгруэнтность артерио-артериального континуума морфофункциональной системы «кондуит – артерия» длительное время, определяя высокую эффективность аутоартериального коронарного шунтирования.
Highlights
Abstract
Background. Alterations in conduits and coronary arteries, which lead to the unacceptable frequency of major adverse cardiovascular events after coronary artery bypass graft surgery, are often determined by endothelial dysfunction. This pathological process may be less pronounced when using autogenous arterial grafts, since the connection of one artery to another is associated with a large number of similar categories of proteome and transcriptome of endothelial cells (EC) of these vessels. At the same time, it remains unclear what constitutes the interactome of this compound, which is based on the interaction of differentially expressed genes and proteins that reflect the structural and functional heterogeneity of various ECs and can influence the biological congruence of the arterio-arterial continuum.
Aim. To characterize an interactome of human coronary artery ECs (HCAEC) and human internal thoracic artery ECs (HITAEC) for biological congruence of arterio-arterial continuum assessment.
Methods. The study involved commercial culture of human primary HCAEC and HITAEC. Physiological expression was evaluated by transcriptomic and proteomic profiling using RNA sequencing and ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry, respectively. Bioinformatics analysis of transcriptomic and proteomic data was conducted using the Gene Ontology, Reactome, UniProtKB, and KEGG databases. Interactome was analyzed and characterized during modeling in silico.
Results. Most of the protein-protein and gene-gene interaction categories in HCAEC and HITAEC were responsible for the structural and functional maintenance of the endothelial monolayer and basement membrane. This was expressed in such categories as intercellular junctions (tight, anchor, focal, gap junctions, cell junction assembly, cell-substrate junction), cell adhesion (cell and intercellular adhesion and its regulation) and matrix (cell-matrix junction, cell-matrix contact). Moreover, such interactions have been associated with vascular formation (vascular morphogenesis and development, angiogenesis, regulation of angiogenesis, sprouting angiogenesis, VEGF signaling pathway, regulation of VEGF production, transcription and translation of pre-NOTCH, NOTCH signaling), EC proliferation (development, differentiation and migration of EC), formation of elastic fibers (molecules associated with elastic fibers, formation of elastic fibers, assembly of elastic fibers), NO biosynthesis and its regulation (stimulation of NO guanylate cyclase, NO-mediated signal transduction, regulation of the NOS biosynthesis process, regulation of NOS activity).
Conclusions. Datasets associated with interactions between differentially expressed proteins and genes of HCAEC and HITAEC are characterized by significant enrichment of arterial homeostasis pathways due to heterogenic cells` coherent structural and functional effects upon contact and synergetic impact on endothelial phenotype, which could possibly be keeping the biological congruence of arterio-arterial continuum in the morphofunctional conduit-artery system for a long time period and thus determine high effectiveness of coronary artery bypass grafting with autogenous arterial grafts.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.