ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА СПЕЦИФИЧНОЙ ЭНДОТЕЛИОТОКСИЧНОСТИ КАЛЬЦИЙ-ФОСФАТНЫХ БИОНОВ

Цель работы – идентифицировать механизм специфичной токсичности кальций-фосфатных бионов (КФБ) для эндотелия. Материал и методы. Искусственно синтезированные путем перенасыщения культуральной среды соответствующими солями КФБ и магний-фосфатные бионы (МФБ) были добавлены к культурам эндотелиальных клеток человека линии EA.hy 926 и эндотелиальных клеток мыши линии 2H-11 с целью изучения пространственно-временных аспектов интернализации бионов эндотелиальными клетками методами просвечивающей электронной и конфокальной микроскопии, анализа влияния блокады вакуолярной H+-АТФазы при помощи лизосомального ингибитора бафиломицина A1 на эндотелиотоксичность бионов, а также оценки экспрессии каспазы-3 и ее субстрата поли(АДФ-рибоза)-полимеразы (PARP-1). Результаты. КФБ поглощались эндотелиальными клетками уже через 1 ч после их добавления и были локализованы в лизосомах; спустя 4 ч наблюдалось выделение ионов кальция из лизосом в цитозоль, сопровождавшееся многократным повышением концентрации каспазы-3 и ее субстрата PARP-1. Добавление в культуральную среду бафиломицина A1 позволяло эндотелиальным клеткам избежать индуцируемой малорастворимыми КФБ гибели независимо от его дозы и времени экспозиции, при этом высокорастворимые МФБ не обладали эндотелиотоксичностью независимо от добавления бафиломицина A1. Заключение. Поглощаясь эндотелиальными клетками, КФБ инициируют их гибель вследствие своего растворения в лизосомах и последующего выделения в цитозоль ионов кальция, опосредованно активирующих каспазы. В свою очередь, МФБ не обладают эндотелиотоксичностью, поскольку при их растворении в лизосомах не происходит выделения ионов кальция. Таким образом, механизмом специфичной эндотелиотоксичности КФБ является лизосомально-опосредованная клеточная гибель.

1. Кутихин А.Г., Синицкий М.Ю., Понасенко А.В. Роль мутагенеза в развитии атеросклероза. Комплекс. проблемы серд.-сосуд. заболеваний. 2017; (1): 92–101.

2. Шишкова Д.К., Великанова Е.А., Кривкина Е.О., Миронов А.В., Кудрявцева Ю.А., Кутихин А.Г. Кальций-фосфатные бионы специфично индуцируют гипертрофию поврежденной интимы у крыс. Рос. кардиол. журн. 2018; 23 (9): 33–38.

3. Шишкова Д.К., Великанова Е.А., Кривкина Е.О., Миронов А.В., Кудрявцева Ю.А., Кутихин А.Г. Токсическое действие кальций-фосфатных бионов на адвентицию брюшной аорты крыс. Атеросклероз и дислипидемии. 2018; (3): 37–43.

4. Bowman E.J., Siebers A., Altendorf K. Bafilomycins: a class of inhibitors of membrane ATPases from microorganisms, animal cells, and plant cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1988; 85 (21): 7972–7976.

5. Ewence A.E., Bootman M., Roderick H.L., Skepper J.N., McCarthy G., Epple M., Neumann M., Shanahan C.M., Proudfoot D. Calcium phosphate crystals induce cell death in human vascular smooth muscle cells: a potential mechanism in atherosclerotic plaque destabilization. Circ. Res. 2008; 103 (5): e28–e34.

6. Foley R.N., Collins A.J., Ishani A., Kalra P.A. Calcium-phosphate levels and cardiovascular disease in community-dwelling adults: the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study. Am. Heart J. 2008; 156 (3): 556–563.

7. Galluzzi L., Vitale I., Aaronson S.A., Abrams J.M., Adam D., Agostinis P., Alnemri E.S., Altucci L., Amelio I., Andrews D.W., Annicchiarico-Petruzzelli M., Antonov A.V., Arama E., Baehrecke E.H., Barlev N.A., Bazan N.G., Bernassola F., Bertrand M.J.M., Bianchi K., Blagosklonny M.V., Blomgren K., Borner C., Boya P., Brenner C., Campanella M., Candi E., Carmona-Gutierrez D., Cecconi F., Chan F.K., Chandel N.S., Cheng E.H., Chipuk J.E., Cidlowski J.A., Ciechanover A., Cohen G.M., Conrad M., Cubillos-Ruiz J.R., Czabotar P.E., D’Angiolella V., Dawson T.M., Dawson V.L., de Laurenzi V., de Maria R., Debatin K.M., de Berardinis R.J., Deshmukh M., di Daniele N., di Virgilio F., Dixit V.M., Dixon S.J., Duckett C.S., Dynlacht B.D., El-Deiry W.S., Elrod J.W., Fimia G.M., Fulda S., García-Sáez A.J., Garg A.D., Garrido C., Gavathiotis E., Golstein P., Gottlieb E., Green D.R., Greene L.A., Gronemeyer H., Gross A., Hajnoczky G., Hardwick J.M., Harris I.S., Hengartner M.O., Hetz C., Ichijo H., Jäättelä M., Joseph B., Jost P.J., Juin P.P., Kaiser W.J., Karin M., Kaufmann T., Kepp O., Kimchi A., Kitsis R.N., Klionsky D.J., Knight R.A., Kumar S., Lee S.W., Lemasters J.J., Levine B., Linkermann A., Lipton S.A., Lockshin R.A., López-Otín C., Lowe S.W., Luedde T., Lugli E., MacFarlane M., Madeo F., Malewicz M., Malorni W., Manic G., Marine J.C., Martin S.J., Martinou J.C., Medema J.P., Mehlen P., Meier P., Melino S., Miao E.A., Molkentin J.D., Moll U.M., Muñoz-Pinedo C., Nagata S., Nuñez G., Oberst A., Oren M., Overholtzer M., Pagano M., Panaretakis T., Pasparakis M., Penninger J.M., Pereira D.M., Pervaiz S., Peter M.E., Piacentini M., Pinton P., Prehn J.H.M., Puthalakath H., Rabinovich G.A., Rehm M., Rizzuto R., Rodrigues C.M.P., Rubinsztein D.C., Rudel T., Ryan K.M., Sayan E., Scorrano L., Shao F., Shi Y., Silke J., Simon H.U., Sistigu A., Stockwell B.R., Strasser A., Szabadkai G., Tait S.W.G., Tang D., Tavernarakis N., Thorburn A., Tsujimoto Y., Turk B., Vanden Berghe T., Vandenabeele P., Vander Heiden M.G., Villunger A., Virgin H.W., Vousden K.H., Vucic D., Wagner E.F., Walczak H., Wallach D., Wang Y., Wells J.A., Wood W., Yuan J., Zakeri Z., Zhivotovsky B., Zitvogel L., Melino G., Kroemer G. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018; 25 (3): 486–541.

8. Julien O., Wells J.A. Caspases and their substrates. Cell Death Differ. 2017; 24 (8): 1380–1389.

9. Kumar S., Kasseckert S., Kostin S., Abdallah Y., Schafer C., Kaminski A., Reusch H.P., Piper H.M., Steinhoff G., Ladilov Y. Ischemic acidosis causes apoptosis in coronary endothelial cells through activation of caspase-12. Cardiovasc. Res. 2007; 73 (1): 172–180.

10. Kutikhin A.G., Velikanova E.A., Mukhamadiyarov R.A., Glushkova T.V., Borisov V.V., Matveeva V.G., Antonova L.V., Filipev D.E., Golovkin A.S., Shishkova D.K., Burago A.Y., Frolov A.V., Dolgov V.Y., Efimova O.S., Popova A.N., Malysheva V.Y., Vladimirov A.A., Sozinov S.A., Ismagilov Z.R., Russakov D.M., Lomzov A.A., Pyshnyi D.V., Gutakovsky A.K., Zhivodkov Y.A., Demidov E.A., Peltek S.E., Dolganyuk V.F., Babich O.O., Grigoriev E.V., Brusina E.B., Barbarash O.L., Yuzhalin A.E. Apoptosismediated endothelial toxicity but not direct calcification or functional changes in anti-calcification proteins defines pathogenic effects of calcium phosphate bions. Sci. Rep. 2016; 6: 27255.

11. Larsson T.E., Olauson H., Hagström E., Ingelsson E., Arnlöv J., Lind L., Sundström J. Conjoint effects of serum calcium and phosphate on risk of total, cardiovascular, and noncardiovascular mortality in the community. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2010; 30 (2): 333–339.

12. Lind L., Skarfors E., Berglund L., Lithell H., Ljunghall S. Serum calcium: a new, independent, prospective risk factor for myocardial infarction in middle-aged men followed for 18 years. J. Clin. Epidemiol. 1997; 50 (8): 967–973.

13. Liu Z., Xiao Y., Chen W., Wang Y., Wang B., Wang G., Xu X., Tang R. Calcium phosphate nanoparticles primarily induce cell necrosis through lysosomal rupture: the origination of material cytotoxicity. J. Mater. Chem. B. 2014; 2: 3480–3489.

14. Shalini S., Dorstyn L., Dawar S., Kumar S. Old, new and emerging functions of caspases. Cell Death Differ. 2015; 22 (4): 526–539.

15. Shyong Y.J., Wang M.H., Kuo L.W., Su C.F., Kuo W.T., Chang K.C., Lin F.H. Mesoporous hydroxyapatite as a carrier of olanzapine for longacting antidepression treatment in rats with induced depression. J. Control Release. 2017; 255: 62–72.

16. Shyong Y.J., Wang M.H., Tseng H.C., Cheng C., Chang K.C., Lin F.H. Mesoporous hydroxyapatite as olanzapine carrier provides a long-acting effect in antidepression treatment. J. Med. Chem. 2015; 58 (21): 8463–8474.

17. Tewari M., Quan L.T., O’Rourke K., Desnoyers S., Zeng Z., Beidler D.R., Poirier G.G., Salvesen G.S., Dixit V.M. Yama/CPP32 beta, a mammalian homolog of CED-3, is a CrmA-inhibitable protease that cleaves the death substrate poly(ADPribose) polymerase. Cell. 1995; 81 (5): 801–809.

18. Wu C.Y., Young L., Young D., Martel J., Young J.D. Bions: a family of biomimetic mineraloorganic complexes derived from biological fluids. PLoS One. 2013; 8 (9): e75501.

19. Yoshimori T., Yamamoto A., Moriyama Y., Futai M., Tashiro Y. Bafilomycin A1, a specific inhibitor of vacuolar-type H+-ATPase, inhibits acidification and protein degradation in lysosomes of cultured cells. J. Biol. Chem. 1991; 266 (26): 17707–17712.

20. Yuan Y., Liu C., Qian J., Wang J., Zhang Y. Sizemediated cytotoxicity and apoptosis of hydroxyapatite nanoparticles in human hepatoma HepG2 cells. Biomaterials. 2010; 31 (4): 730–740.

21. Zhang C.Y., Sun X.Y., Ouyang J.M., Gui B.S. Diethyl citrate and sodium citrate reduce the cytotoxic effects of nanosized hydroxyapatite crystals on mouse vascular smooth muscle cells. Int. J. Nanomedicine. 2017; 12: 8511–8525.