кандидат биологических наук заведующая лабораторией молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, Head of the Laboratory for Molecular, Translational, and Digital Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher, Laboratory for Molecular, Translational, and Digital Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
кандидат биологических наук заведующий лабораторией геномной медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, Head of the Laboratory for Genomic Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Russian Federation
кандидат биологических наук старший научный сотрудник лаборатории геномной медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, Senior Researcher, Laboratory for Genomic Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher, Laboratory for Molecular, Translational, and Digital Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher, Laboratory for Molecular, Translational, and Digital Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
доктор медицинских наук 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, MD, Senior Researcher, Laboratory for Endovascular and Reconstructive Cardiovascular Surgery, Department of Cardiovascular Surgery, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
доктор медицинских наук заведующий отделом экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, MD, Head of the Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation; Kemerovo, Russian Federation
Основные положения
Цель. Определить патологические эффекты воздействия ионов кальция (Ca2+), кальципротеиновых мономеров (КПМ-Ф) и кальципротеиновых частиц (КПЧ-Ф) на эндотелиальные клетки и моноциты.
Материалы и методы. Первичные эндотелиальные клетки (ЭК) коронарной и внутренней грудной артерий, а также моноциты человека были инкубированы с Ca2+ (с использованием CaCl2 в качестве донора), КПМ-Ф и КПЧ-Ф для индукции патофизиологически релевантного кальциевого стресса (5 мкг кальция на 1 мл, что соответствует 10%-ному повышению уровня Ca2+) с последующим анализом уровня генной экспрессии и содержания провоспалительных молекул в культуральной среде посредством дот-блот-профилирования. Анализ адгезии ЭК к моноцитам проводили после их сокультивирования в условиях 24-часового воздействия пульсирующего потока. Для оценки системного воспалительного ответа выполняли внутривенные инъекции CaCl2, КПМ-Ф и КПЧ-Ф крысам Wistar с дальнейшим измерением содержания провоспалительных молекул в сыворотке методом дот-блоттинга.
Результаты. Кальциевый стресс независимо от источника (Ca2+, КПМ-Ф или КПЧ-Ф) приводил к повышению выделения ЭК в культуральную среду: провоспалительных цитокинов (IL-6, IL-8, MCP-1/CCL2, CCL5/RANTES, GM-CSF, CXCL1/GROα, MIF); растворимых форм эндотелиальных рецепторов (CD31/PECAM-1, CD105/ENG, CD147/BSG, CD106/VCAM-1), свидетельствующих о клеточной гибели или патологическом слущивании данных рецепторов; проангиогенных факторов (ангиогенин, ангиопоэтин-2, HGF, PDGF, SDF-1α). Воздействие КПЧ-Ф на моноциты вызывало повышение экспрессии генов рецепторов связывания ЭК (ITGB1, ITGA4, SELPG), а воздействие КПМ-Ф и КПЧ-Ф – увеличение выделения моноцитами провоспалительных (липокалин-2/NGAL, MMP-9, миелопероксидаза), проангиогенных (ангиогенин, BDNF) и протромботических молекул (uPAR, PAI-1, тромбоспондин-1). Посредством светлопольной микроскопии была показана повышенная адгезия моноцитов к ЭК после их 24-часовой совместной инкубации в системе пульсирующего потока с Ca2+, КПМ-Ф или КПЧ-Ф. Внутривенное введение крысам КПМ-Ф или КПЧ-Ф вызывало повышение выделения растворимых форм эндотелиальных рецепторов (VCAM-1/CD106, ICAM-1/CD54), провоспалительных молекул (CXCL7, CCL11/эотаксин, FLT3LG), протромботических молекул (PAI-1), матрикинов (фибулин-3, остеопонтин, эндостатин, CCN3, MMP-3), гепатокинов (гепассоцин, фетуин-А, RBP4, IGF-1, IGFBP-2/3/5/6) и белков путей метаболизма (резистин, RAGE, липокалин-2/NGAL).
Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о патофизиологической значимости провоспалительной активации ЭК и моноцитов под воздействием кальциевого стресса в контексте развития дисфункции эндотелия.
Highlights
Aim. To define the pathological effects of free calcium ions (Ca2+), fetuin-centric calciprotein monomers (CPM-F), and fetuin-centric calciprotein particles (CPP-F) on endothelial cells (ECs) and monocytes.
Methods. Primary human coronary artery endothelial cells (HCAEC) and human internal thoracic artery endothelial cells (HITAEC) and human monocytes were incubated with Ca2+ (using CaCl2 as a donor), calciprotein monomers, and calciprotein particles to induce pathophysiological calcium stress (5 μg per 1 mL, equal to ≈ 10% increase in Ca2+) with the following analysis of the gene expression and measurement of the pro-inflammatory molecules in the cell culture medium by dot blot profiling. Adhesion of ECs to monocytes was performed after their co-culture under the 24 hours of pulsatile flow. Systemic inflammatory response was conducted by the intravenous injections of CaCl2, CPM-F, and CPP-F to Wistar rats with the subsequent measurement of pro-inflammatory molecules in the serum by dot blotting.
Results. Regardless of the calcium stress mode (Ca2+, CPM-F, or CPP-F), it has led to the increased release of: 1) pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL-8, MCP-1/CCL2, CCL5/RANTES, GM-CSF, CXCL1/GROα, MIF); 2) soluble endothelial receptor forms (CD31/PECAM-1, CD105/ENG, CD147/BSG, CD106/VCAM-1) indicating cell death or pathological shedding of these receptors; 3) pro-angiogenic factors (angiogenin, angiopoietin-2, HGF, PDGF, SDF-1α) into the cell culture medium by ECs. Exposure of monocytes to CPP-F elevated the expression of the genes encoding EC-ligating receptors (ITGB1, ITGA4, SELPG), whilst treatment with CPM-F and CPP-F increased the release of pro-inflammatory (lipocalin-2/NGAL, MMP-9, and myeloperoxidase), pro-angiogenic (angiogenic, BDNF), and pro-thrombotic (uPAR, PAI-1, thrombospondin-1) molecules by monocytes. After 24 hours of co-incubation in the pulsatile flow system, monocytes showed an increased adhesion to ECs upon the treatment with Ca2+, CPM-F, or CPP-F. Intravenous administration of CPM-F or CPP-F to Wistar rats elevated an increased release of soluble endothelial receptor forms (VCAM-1/CD106, ICAM-1/CD54), pro-inflammatory molecules (CXCL7, CCL11/eotaxin, FLT3LG), pro-thrombotic molecules (PAI-1), matrikines (fibulin-3, osteopontin, endostatin, CCN3, MMP-3), hepatokines (hepassocin, fetuin-А, RBP4, IGF-1, IGFBP-2/3/5/6), and proteins of metabolic pathways (resistin, RAGE, lipocalin-2/NGAL).
Conclusion. Our results indicate the pathophysiological relevance of endothelial and monocyte activation under calcium stress in context of endothelial dysfunction.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.