Thymus morphological characteristics in acute and chronic colitis in animals with different hypoxia tolerance

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Hypoxia is connected with inflammation, and the severity of inflammatory diseases predominantly depends on individual tolerance to oxygen deficiency. Hypoxia-inducible factor, HIF-1, regulates the thymus functional state, and its activity varies in organisms with different hypoxia tolerance. It is likely that differences in individual hypoxia tolerance and the associated HIF-1 functional activity may influence the inflammatory diseases severity, such as acute and chronic ulcerative colitis. The study aim is to characterize the thymus morphological changes during acute and chronic colitis in animals with different hypoxia tolerance. The hypoxia tolerance of male C57Bl/6 mice was determined by “gasping time” at an “altitude” of 10,000 m in a decompression chamber. A month after determining hypoxia tolerance, the animals were modeled as acute colitis by replacing drinking water with a 1.5% dextran sulfate sodium for 5 days; the animals were removed from the experiment on the 7th day. Chronic colitis was modeled by animals consuming a 1% dextran sulfate sodium on days 1-4, 12-14 and 22-26; animals were removed from the experiment on the 60th day. The volume fraction of thymus structural and functional zones was assessed using the point counting method. The relative number of different thymic bodies types was assessed: consisting of 3-5 cells, 5 or more epithelial cells, with keratohyalin deposits and thymic bodies in the form of cyst-like cavities. During acute colitis, in the thymus only in susceptible mice, there was a significant cortex narrowing and an increase in the number of thymic bodies consisting of 5 or more cells. In chronic colitis, only in susceptible animals in comparison with the control group, the cortex volume fraction and the cortex to the medulla ratio increased significantly. In susceptible mice, the number of bodies with keratohyalin increased. In tolerant animals, the indicators did not change. Thus, differences in the thymus response to acute and chronic ulcerative colitis were identified between tolerant and susceptible to hypoxia animals. Only in susceptible mice, in acute colitis, was observed cortex narrowing, but in chronic colitis, cortex hyperplasia. The data obtained must be taken into account when conducting experimental studies of the thymus.

About the authors

D. Sh. Dzhalilova

Avtsyn Research Institute of Human Morphology, Petrovsky National Research Centre of Surgery

Author for correspondence.
Email: juliajal93@mail.ru

PhD (Biology), Leading Research Associate, Laboratory of Immunomorphology of Inflammation

Russian Federation, Moscow

I. S. Tsvetkov

Avtsyn Research Institute of Human Morphology, Petrovsky National Research Centre of Surgery

Email: juliajal93@mail.ru

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Immunomorphology of Inflammation

Russian Federation, Moscow

O. V. Makarova

Avtsyn Research Institute of Human Morphology, Petrovsky National Research Centre of Surgery

Email: juliajal93@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Chief Research Associate, Head of the Laboratory of Immunomorphology of Inflammation

Russian Federation, Moscow

References

  1. Автандилов Г.Г. Морфометрия в патологии. М.: Медицина, 1973. 248 с. [Avtandilov G.G. Morphometry in pathology]. Moscow: Meditsina, 1973. 248 p.
  2. Джалилова Д.Ш., Полякова М.А., Диатроптов М.Е., Золотова Н.А., Макарова О.В. Морфологические изменения толстой кишки и состав лимфоцитов периферической крови при остром колите у мышей с разной устойчивостью к гипоксии // Молекулярная медицина, 2018. Т. 28, № 6. C. 46-50. [Dzhalilova D. Sh., Polyakova M.A., Diatroptov M.E., Zolotova N.A., Makarova O.V. Morphological changes in the colon and the composition of peripheral blood lymphocytes during acute colitis in mice with different resistance to hypoxia. Molekulyarnaya medicina = Molecular Medicine, 2018, Vol. 28, no. 6, pp. 46-50. (In Russ.)]
  3. Джалилова Д.Ш., Золотова Н.А., Полякова М.А., Диатроптов М.Е., Добрынина М.Т., Макарова О.В. Морфологические особенности воспалительного процесса и субпопуляционный состав лимфоцитов периферической крови при хроническом колите у мышей с разной устойчивостью к гипоксии // Клиническая и экспериментальная морфология, 2018. Т. 28, № 4. С. 13-19. [Dzhalilova D.Sh., Zolotova N.A., Polyakova M.A., Diatroptov M.E., Dobrynina M.T., Makarova O.V. Morphological features of the inflammatory process and subpopulation composition of peripheral blood lymphocytes in chronic colitis in mice with different resistance to hypoxia. Klinicheskaya i eksperimentalnaya morfologiya = Clinical and Experimental Morphology, 2018, Vol. 28, no. 4, pp. 13-19. (In Russ.)]
  4. Кирова Ю.И., Германова Э.Л., Лукьянова Л.Д. Фенотипические особенности динамики содержания HIF-1α в неокортексе крыс при различных режимах гипоксии // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012. Т. 154, № 12. С. 681-686. [Kirova Yu.I., Germanova E.L., Lukyanova L.D. Phenotypic features of the dynamics of HIF-1α levels in rat neocortex in different hypoxia regimens. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine,2013, Vol. 154, pp. 718-722 (In Russ.)]
  5. Лукьянова Л.Д., Кирова Ю.И. Влияние гипоксического прекондиционирования на свободнорадикальные процессы в тканях крыс с различной толерантностью к гипоксии // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2011. Т. 151, № 3. С. 263-268. [Lukyanova L.D., Kirova Yu.I. Effect of hypoxic preconditioning on free radical processes in tissues of rats with different resistance to hypoxia. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2011, Vol. 151, no. 3, pp. 292-296. (In Russ.)]
  6. Постовалова Е.А., Макарова О.В., Косырева А.М., Михайлова Л.П. Морфология тимуса и особенности его клеточного состава при экспериментальном остром и хроническом язвенном колите // Архив патологии, 2019. T. 81, № 5. C. 53-63. [Postovalova E.A., Makarova O.V., Kosyreva A.M., Mikhailova L.P. Morphology of the thymus and the specific features of its cellular composition in experimental acute and chronic ulcerative colitis. Arkhiv patologii = Archive of Pathology, 2019, Vol. 81, no. 5, pp. 53-63. (In Russ.)]
  7. Biju M.P., Neumann A.K., Bensinger S.J., Johnson R.S., Turka L.A., Haase V.H. Vhlh gene deletion induces Hif-1-mediated cell death in thymocytes. Mol. Cell. Biol., 2004, Vol. 20, pp. 9038-9047.
  8. Dzhalilova D.S., Kosyreva A.M., Diatroptov M.E., Ponomarenko E.A., Tsvetkov I.S., Zolotova N.A., Mkhitarov V.A., Khochanskiy D.N., Makarova O.V. Dependence of the severity of the systemic inflammatory response on resistance to hypoxia in male Wistar rats. J. Inflamm. Res., 2019, Vol. 11, no. 12, pp. 73-86.
  9. Fredin M.F., Elgbratt K., Svensson D., Jansson L., Melgar S., Hörnquist H.E. Dextran sulfate sodium-induced colitis generates a transient thymic involution – impact on thymocyte subsets. Scand. J. Immunol., 2007, Vol. 65, pp. 421-429.
  10. Ghosh D., Kumar R., Pal K. Individual variation in response to simulated hypoxic stress of rats. Ind. J. Exp. Biol., 2012, Vol. 50, no. 10, pp. 744-748.
  11. Jain K., Suryakumar G., Prasad R., Ganju L. Differential activation of myocardial ER stress response: a possible role in hypoxic tolerance. Int. J. Cardiol., 2013, Vol. 168, no. 5, pp. 4667-4677.
  12. Jain K., Suryakumar G., Ganju L., Singh S.B. Differential hypoxic tolerance is mediated by activation of heat shock response and nitric oxide pathway. Cell Stress Chaperones, 2014, Vol. 19, no. 6, pp. 801-812.
  13. Karhausen J., Furuta G.T., Tomaszewski J.E., Johnson R.S., Colgan S.P., Haase V.H. Epithelial hypoxia-inducible factor-1 is protective in murine experimental colitis. J. Clin. Invest., 2004, Vol. 114, no. 8, pp. 1098-1106.
  14. Kerber E.L., Padberg C., Koll N., Schuetzhold V., Fandrey J., Winning S. The importance of Hypoxia-Inducible Factors (HIF-1 and HIF-2) for the pathophysiology of inflammatory bowel disease. Int. J. Mol. Sci., 2020, Vol. 21, no. 22, 8551. doi: 10.3390/ijms21228551.
  15. Kim J.J., Shajib M.S., Manocha M.M., Khan W.I. Investigating intestinal inflammation in DSS-induced model of IBD. J. Vis. Exp., 2012, Vol. 60, 3678. doi: 10.3791/3678.
  16. Kim S., Kim Y.K., Lee H., Cho J.E., Kim H.Y., Uh Y., Kim Y.M., Kim H., Cho S.N., Jeon B.Y., Lee H. Interferon gamma mRNA quantitative real-time polymerase chain reaction for the diagnosis of latent tuberculosis: a novel interferon gamma release assay. Diagn. Microbiol. Infect. Dis., 2013, Vol. 75, no.1, pp. 68-72.
  17. Kosyreva A.M., Simonova E.Yu., Makarova O.V. Gender differences in pulmonary and immune response in acute experimental endotoxicosis. Bull. Exp. Biol. Med., 2012, Vol 153, no. 3, pp. 340-342.
  18. Krzywinska E., Stockmann C. Hypoxia, metabolism and immune cell function. Biomedicines, 2018. Vol. 6, no. 2, 56. doi: 10.3390/biomedicines6020056.
  19. Makarova O.V., Diatroptov M.E., Serebryakov S.N., Malaitsev V.V., Bogdanova I.M. Morphological and functional changes in the immune system of BALB/c and C57BL/6 mice in chronic bacterial gram-negative endotoxicosis. Arkhiv patologii, 2012, Vol. 74, no. 3, pp. 43-48.
  20. McGettrick A.F., O’Neill L.A. J. The role of HIF in immunity and inflammation. Cell Metab., 2020, Vol. 32, no. 4, pp. 524-536.
  21. Melgar S., Karlsson A., Michaëlsson E. Acute colitis induced by dextran sulfate sodium progresses to chronicity in C57BL/6 but not in BALB/c mice: correlation between symptoms and inflammation. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol., 2005, Vol. 288, no. 6, pp. 1328-1338.
  22. Meunier M., Bazeli R., Feydy A., Drape J.L., Kahan A., Allanore Y. Incomplete thymic involution in systemic sclerosis and rheumatoid arthritis. Joint Bone Spine. 2013, Vol. 80, no. 1, pp. 48-51.
  23. Okayasu I., Hatakeyama S., Yamada M., Ohkusa T., Inagaki Y., Nakaya R. A novel method in the induction of reliable experimental acute and chronic ulcerative colitis in mice. Gastroenterology, 1990, Vol. 98, no, 3, pp. 694-702.
  24. Padhy G., Sethy N.K., Ganju L., Bhargava K. Abundance of plasma antioxidant proteins confers tolerance to acute hypobaric hypoxia exposure. High Alt. Med. Biol., 2013, Vol. 14, no. 3, pp. 289-297.
  25. Rius J., Guma M., Schachtrup C., Akassoglou K., Zinkernagel A.S., Nizet V., Johnson R.S., Haddad G.G., Karin M. NF-kappaB links innate immunity to the hypoxic response through transcriptional regulation of HIF-1alpha. Nature, 2008, Vol. 453, pp. 807-811.
  26. Sasaki S., Ishida Y., Nishio N., Ito S., Isobe K. Thymic involution correlates with severe ulcerative colitis induced by oral administration of dextran sulphate sodium in C57BL/6 mice but not in BALB/c Mice. Inflammation, 2008. Vol. 31, no. 5, pp. 319-328.
  27. Sharma H., Moroni L. Recent advancements in regenerative approaches for thymus rejuvenation. Adv. Sci. (Weinh), 2021, Vol. 8, no. 14, 2100543. doi: 10.1002/advs.202100543.
  28. Taylor C.T., Scholz C.C.. The effect of HIF on metabolism and immunity. Nat. Rev. Nephrol., 2022, Vol. 18, no. 9, pp. 573-587.
  29. Vedunova M.V., Sakharnova T.A., Mitroshina E.V., Shishkina T.V., Astrakhanova T.A., Mukhina I.V. Antihypoxic and neuroprotective properties of BDNF and GDNF in vitro and in vivo under hypoxic conditions. STM, 2014, Vol. 6, no. 4, pp. 38-47.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Morphological characteristics of the thymus in adult male C57Bl/6 mice with different tolerance to hypoxia in control groups (A, B) and with acute ulcerative colitis (C-F) Note. A, C, E, tolerant to hypoxia. B, D, F, susceptible to hypoxia. A, B, control groups, the cortex is densely populated with lymphocytes, the boundaries between the cortex and medulla are clear. C, acute colitis, the boundaries of the cortex and medulla are focally indistinct. D, acute colitis, acute involution, narrowing of the cortex, thymic bodies in the form of cyst-like cavities in the cortex and at the border of the cortex and medulla. E, F, acute colitis, thymic bodies formed by epithelial cells. Hematoxylin and eosin staining.

Download (3MB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Morphological characteristics of the thymus in adult male C57Bl/6 mice with different tolerance to hypoxia in control groups (A, B) and with chronic ulcerative colitis (C-F) Note. A, C, E, tolerant to hypoxia. B, D, F, susceptible to hypoxia. A, B, control groups, the cortex is densely populated with lymphocytes, the boundaries between the cortex and medulla are clear. C, chronic colitis, the boundaries of the cortex and medulla are focally indistinct. D, chronic colitis, hyperplasia of the cortex, thymic body in the form of a cyst-like cavity in the cortex. E, F, chronic colitis, thymic bodies formed by epithelial cells. Hematoxylin and eosin staining.

Download (3MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Dzhalilova D.S., Tsvetkov I.S., Makarova O.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».