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 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 of 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
аспирант федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD Student, 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
специалист ресурсного центра «Развитие молекулярных и клеточных технологий» научного парка федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет» (СПбГУ), Санкт-Петербург, Российская Федерация
Specialist, Resource Centre Development of Molecular and Cellular Technologies, Research Park, Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, Russian Federation
руководитель центра коллективного пользования «Геномика» федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН), Новосибирск, Российская Федерация
Head of the Genomics Core Facility, Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russian Federation
научный сотрудник центра коллективного пользования «Геномика» федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН), Новосибирск, Российская Федерация
Research Fellow, Genomics Core Facility, Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 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. Провести объективный биоинформатический анализ молекулярного фенотипа интактных эндотелиальных клеток атерочувствительной коронарной артерии (ЭК-КА) и эндотелиальных клеток атерорезистентной внутренней грудной артерии (ЭК-ВГА).
Материал и методы. Выполнено полнотранскриптомное секвенирование лизата ЭК-КА и ЭК-ВГА и ультравысокоэффективная жидкостная хроматография с тандемной масс-спектрометрией лизата и культуральной среды от ЭК-КА и ЭК-ВГА. В качестве метрики генной экспрессии было установлено среднее значение количества транскриптов на миллион прочтений. В качестве метрики белковой экспрессии была установлена площадь хроматографических пиков, по которым осуществляли идентификацию обнаруженных белков в образцах. Анализ биоинформатических категорий в транскриптомных и протеомных данных проводили с использованием баз данных Gene Ontology и Reactome.
Результаты. Маркерами эндотелиального фенотипа с наиболее высоким уровнем содержания в секретоме и внутриклеточном протеоме интактных ЭК артерий были vWF, EPCR/CD201, MCAM/CD146, ICAM2/CD102, VE-кадгерин/CDH5/CD144 и PECAM1/CD31, при этом 30 из 45 маркеров эндотелиального фенотипа выделялись в микроокружение ЭК даже в интактном состоянии. Большинство эндотелиальных молекул клеточной адгезии обладали низкой базальной экспрессией и являлись индуцибельными (ICAM1, NRCAM, ALCAM, SELE, VCAM1). Хотя ЭК артерий экспрессировали около 40 генов цитокинов, лишь около 10 из них синтезировались в относительно значимых количествах (включая MIF, PTX3, CSF1, CCL2, CCL14, IL-8/CXCL8 и CXCL1). ЭК характеризовались высокой экспрессией и выделением практически всех компонентов базальной мембраны (около 20), а также значительного количества компонентов внеклеточного матрикса (около 65). В культуральной среде от ЭК детектировали около 50 ангиогенных и около 65 гемостатических молекул. Большее количество транскрибируемых генов и синтезируемых белков вазодилатационных сигнальных путей в сравнении с вазоконстрикционными указывало на более активное участие интактных ЭК в вазодилатации. При анализе указанных функциональных классов отмечалась согласованность экспрессии большинства молекул на уровне транскриптома, протеома и секретома.
Заключение. Полученные данные свидетельствуют о высокой базальной биоактивности ЭК в контексте поддержания ими ангиогенеза, гемостаза, синтеза компонентов эндотелиальной базальной мембраны и субэндотелиального внеклеточного матрикса, а также о низкой базальной провоспалительной активности ЭК в сочетании с высоким потенциалом их патологической активации при воздействии соответствующих стимулов.
Highlights
Aim. To perform an unbiased bioinformatic analysis of the molecular phenotype of intact endothelial cells derived from the atherosusceptible coronary artery (HCAEC) and the atheroresistant internal mammary artery (HITAEC).
Methods. Lysates of HCAEC and HITAEC were analyzed by whole transcriptome sequencing (RNA-seq) and ultra-high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS). Conditioned medium from HCAEC and HITAEC was also analyzed by UHPLC-MS/MS. Mean transcripts per million was used as the metric of gene expression, whilst protein expression was quantified based on chromatographic peak areas. Bioinformatic analysis of transcriptomic and proteomic data was performed using the Gene Ontology and Reactome databases.
Results. The most highly expressed endothelial phenotype markers in secretome and intracellular proteome of intact arterial ECs were vWF, EPCR/CD201, MCAM/CD146, ICAM2/CD102, VE-cadherin/CDH5/CD144, and PECAM1/CD31. Notably, 30 out of 45 endothelial phenotype markers were released into the extracellular microenvironment even without pathological activation. Most endothelial cell adhesion molecules exhibited low basal expression and were inducible (ICAM1, NRCAM, ALCAM, SELE, VCAM1). Although arterial ECs expressed approximately 40 cytokine genes, only about 10 were synthesized and released at relatively significant levels (including MIF, PTX3, CSF1, CCL2, CCL14, IL-8/CXCL8, and CXCL1). ECs demonstrated high expression and secretion of almost all basement membrane components (approximately 20), as well as a substantial number of extracellular matrix components (approximately 65). Approximately 50 angiogenic and 65 hemostatic molecules were detected in the conditioned media of ECs. Higher number of transcribed genes and synthesized proteins involved in vasodilatory pathways compared to vasoconstrictive pathways indicated a more prominent role of intact ECs in vasodilation.
Conclusion. Intact ECs have high basal bioactivity in maintaining angiogenesis, hemostasis, and the synthesis of endothelial basement membrane and subendothelial extracellular matrix components. Albeit intact ECs exhibit low basal pro-inflammatory activity, they have a high potential for pathological activation in response to the respective stimuli.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.