Оценка метаболической активности и энергетической обеспеченности лимфоцитов периферической крови

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Т-клетки способны изменять свой метаболизм в ответ на активационные сигналы. В состоянии покоя Т-клетки преимущественно используют для своих энергетических нужд окисление высших жирных кислот и окислительное фосфорилирование в митохондриях, а после активации переходят на аэробный гликолиз и глутаминолиз, используя в качестве субстратов глюкозу и глутамин соответственно.

Цель. Определение метаболической активности и энергообеспеченности лимфоцитов периферической крови у практически здоровых северян путём установления внутриклеточного содержания HIF-1α (гипоксией индуцируемого фактора 1-α), SIRT3 (сиртуина 3) и АТФ (аденозинтрифосфата).

Материалы и методы. Обследованы 39 волонтёров — жителей Архангельской области (23 женщины и 16 мужчин, возраст от 23 до 62 лет), у которых определяли общее количество лимфоцитов в периферической крови с проведением CD-типирования лимфоцитов (CD3+, CD4+, CD8+, CD71+) методом непрямой иммунопероксидазной реакции, в лизате лимфоцитов определяли содержание HIF-1α и SIRT3 методом иммуноферментного анализа, концентрацию АТФ методом люминесцентного анализа с использованием люциферин-люциферазной реакции. Статистическую обработку результатов исследования проводили в программе Statistica 10.0, применяли кластерный анализ с использованием метода k-средних, вычисляли средние значения (M), стандартное отклонение (SD); нормальность распределения оценивали по критерию Колмогорова–Смирнова и Лиллиефорса, вычисляли t-критерий Стьюдента, различия считали статистически значимыми при p <0,05.

Результаты. Установлено, что у обследованных волонтёров метаболическая активность лимфоцитов, связанная с HIF-1α-регуляцией, статистически значимо различается, при этом в группе с более низким общим количеством лимфоцитов и их субпопуляций (CD3+, CD4+, CD8+, CD71+) наблюдается преимущественная гликолитическая направленность метаболизма и более высокий уровень энергообеспеченности клеток.

Заключение. Метаболическая активность, о которой можно судить по соотношению HIF-1α/SIRT3, и энергетическая обеспеченность лимфоцитов оказывают существенное влияние на их дифференцировку, пролиферацию и функционирование.

Об авторах

Ольга Владимировна Зубаткина

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова

Автор, ответственный за переписку.
Email: ozbiochem@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5039-2220
SPIN-код: 1581-5178

д.б.н., профессор

Россия, Архангельск

Лилия Константиновна Добродеева

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова

Email: dobrodeevalk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5080-6502
SPIN-код: 4518-6925
Россия, Архангельск

Анна Васильевна Самодова

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова

Email: annapoletaeva2008@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9835-8083
SPIN-код: 6469-0408
Россия, Архангельск

Сергей Дмитриевич Круглов

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова

Email: stees67@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4085-409X
SPIN-код: 2532-9912
Россия, Архангельск

Список литературы

  1. Almeida L., Lochner M., Berod L., Sparwasser T. Metabolic pathways in T cell activation and lineage differentiation // Semin Immunol. 2016. Vol. 28, N 5. P. 514–524. doi: 10.1016/j.smim.2016.10.009
  2. Baixauli F., Martín-Cófreces N.B., Morlino G., et al. The mitochondrial fission factor dynamin-related protein 1 modulates T-cell receptor signalling at the immune synapse // EMBO J. 2011. Vol. 30, N 7. P. 1238–1250. doi: 10.1038/emboj.2011.25
  3. Chandel N.S., McClintock D.S., Feliciano C.E., et al. Reactive oxygen species generated at mitochondrial complex III stabilize hypoxia inducible factor-1alpha during hypoxia: a mechanism of O2 sensing // J Biol Chem. 2000. Vol. 275, N 33. P. 25130–25138. doi: 10.1074/jbc.M001914200
  4. Chapman N.M., Chi H. Hallmarks of T-cell exit from quiescence // Cancer Immunol Res. 2018. Vol. 6, N 5. P. 502–508. doi: 10.1158/2326-6066.CIR-17-0605
  5. Chua Y.L., Dufour E., Dassa E.P., et al. Stabilization of hypoxia-inducible factor-1alpha protein in hypoxia occurs independently of mitochondrial reactive oxygen species production // J Biol Chem. 2010. Vol. 285, N 41. P. 31277–31284. doi: 10.1074/jbc.M110.158485
  6. Desdín-Micó G., Soto-Heredero G., Mittelbrunn M. Mitochondrial activity in T cell // Mitochondrion. 2018. Vol. 41. P. 51–57. doi: 10.1016/j.mito.2017.10.006
  7. Diebold L., Chandel N.S. Mitochondrial ROS regulation of proliferating cells // Free Radic Biol Med. 2016. Vol. 100. P. 86–93. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2016.04.198
  8. Dimeloe S., Burgener A.V., Grehlert J., Hess C. T-cell metabolism governing activation, proliferation and differentiation; a modular view // Immunology. 2017. Vol. 150, N 1. P. 35–44. doi: 10.1111/imm.12655
  9. Giralt A., Villarroya F. SIRT3, a pivotal actor in mitochondrial functions: metabolism, cell death and aging // Biochem J. 2012. Vol. 444, N 1. P. 1–10. doi: 10.1042/BJ20120030
  10. Gnanaprakasam J.N.R., Sherman J.W., Wang R. MYC and HIF in shaping immune response and immune metabolism // Cytokine Growth Factor Rev. 2017. Vol. 35. P. 63–67. doi: 10.1016/j.cytogfr.2017.03.004
  11. Houtkooper R.H., Pirinen E., Auwerx J. Sirtuins as regulators of metabolism and healthspan // Nat Rev Mol Cell Biol. 2016. Vol. 13, N 4. P. 225–238. doi: 10.1038/nrm3293
  12. Jaakkola P., Mole D.R., Tian Y.M., et al. Targeting of HIF-alpha to the von Hippel-Lindau ubiquitylation complex by O2-regulated prolyl hydroxylation // Science. 2001. Vol. 292, N 5516. P. 468–472. doi: 10.1126/science.1059796
  13. Kim J.W., Tchernyshyov I., Semenza G.L., Dang C.V. HIF-1-mediated expression of pyruvate dehydrogenase kinase: a metabolic switch required for cellular adaptation to hypoxia // Cell Metab. 2006. Vol. 3, N 3. P. 177–185. doi: 10.1016/j.cmet.2006.02.002
  14. Liesa M., Shirihai O.S. Mitochondrial networking in T cell memory // Cell. 2016. Vol. 166, N 1. P. 9–10. doi: 10.1016/j.cell.2016.06.035
  15. Maciolek J.A., Pasternak J.A., Wilson H.L. Metabolism of activated T lymphocytes // Curr Opin Immunol. 2014. Vol. 27. P. 60–74. doi: 10.1016/j.coi.2014.01.006
  16. Mills E., O'Neill L.A. Succinate: a metabolic signal in inflammation // Trends Cell Biol. 2014. Vol. 24, N 5. P. 313–320. doi: 10.1016/j.tcb.2013.11.008
  17. Palmer C.S., Hussain T., Duette G. Regulators of glucose metabolism in CD4+ and CD8+ T cells // Int Rev Immunol. 2016. Vol. 35, N 6. P. 477–488. doi: 10.3109/08830185.2015.1082178
  18. Palmer C.S., Ostrowski M., Balderson B., et al. Glucose metabolism regulates T cell activation, differentiation, and functions // Front Immunol. 2015. Vol. 6. P. 1. doi: 10.3389/fimmu.2015.00001
  19. Pugha C.W., Ratcliffe P.J. New horizons in hypoxia signaling pathways // Exp Cell Research. 2017. Vol. 356, N 2. P. 116–121. doi: 10.1016/j.yexcr.2017.03.008
  20. Ron-Harel N., Santos D., Ghergurovich J.M., et al. Mitochondrial biogenesis and proteome remodeling promote one-carbon metabolism for T cell activation // Cell Metab. 2016. Vol. 24, N 1. P. 104–117. doi: 10.1016/j.cmet.2016.06.007
  21. Salmond R.J. mTOR regulation of glycolytic metabolism in T cells // Front Cell Dev Biol. 2018. Vol. 6. P. 122. doi: 10.3389/fcell.2018.00122
  22. Saravia J., Raynor J.L., Chapman N.M., et al. Signaling networks in immunometabolism // Cell Res. 2020. Vol. 30, N 4. P. 328–342. doi: 10.1038/s41422-020-0301-1
  23. Sena L.A., Li S., Jairaman A., et al. Mitochondria are required for antigen-specific T cell activation through reactive oxygen species signaling // Immunity. 2013. Vol. 38, N 2. P. 225–236. doi: 10.1016/j.immuni.2012.10.020
  24. Shi L.Z., Wang R., Huang G., et al. HIF-1alpha dependent glycolytic pathway orchestrates a metabolic checkpoint for the differentiation of TH17 and Treg cells // J Exp Med. 2011. Vol. 208, N 7. P. 1367–1376. doi: 10.1084/jem.20110278
  25. Tan H., Yang K., Li Y., et al. Integrative proteomics and phosphoproteomics profiling reveals dynamic signaling networks and bioenergetics pathways underlying T cell activation // Immunity. 2017. Vol. 46, N 3. P. 488–503. doi: 10.1016/j.immuni.2017.02.010
  26. Tao J.H., Barbi J., Pan F. Hypoxia-inducible factors in T lymphocyte differentiation and function // Am J Physiol Cell Physiol. 2015. Vol. 309, N 9. P. C580–C589. doi: 10.1152/ajpcell.00204.2015
  27. Thomas L.W., Ashcroft M. Exploring the molecular interface between hypoxia-inducible factor signalling and mitochondria // Cell Mol Life Sci. 2019. Vol. 76, N 9. P. 1759–1777. doi: 10.1007/s00018-019-03039-y
  28. Ullah M.S., Davies A.J., Halestrap A.P. The plasma membrane lactate transporter MCT4, but not MCT1, is up-regulated by hypoxia through a HIF-1alpha-dependent mechanism // J Biol Chem. 2006. Vol. 281, N 14. P. 9030–9037. doi: 10.1074/jbc.M511397200
  29. van der Windt G.J., Everts B., Chang C.H, et al. Mitochondrial respiratory capacity is a critical regulator of CD8+T cell memory development // Immunity. 2012. Vol. 36, N 1. P. 68–78. doi: 10.1016/j.immuni.2011.12.007

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Последовательные/наложенные графики переменных HIF-1α, SIRT3, CD3+, CD4+, CD8+, CD71+.

Скачать (371KB)
Метаданные
3. Рис. 2. XYZ-графики зависимости содержания лимфоцитов с рецепторами (CD) от уровня метаболических регуляторов, где X — SIRT3, Y — HIF-1α, Z — CD3+(a), CD4+(b), CD8+(c), CD71+(d).

Скачать (122KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Количественные изменения АТФ (%) в зависимости от соотношения HIF-1α/SIRT3.

Скачать (416KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 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».