Молекулярные механизмы развития хронической обструктивной болезни легких: роль длинных некодирующих РНК, вовлеченных в регуляцию сигнальных путей, связанных с окислительным стрессом и клеточным старением

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-25-00019

НазваниеМолекулярные механизмы развития хронической обструктивной болезни легких: роль длинных некодирующих РНК, вовлеченных в регуляцию сигнальных путей, связанных с окислительным стрессом и клеточным старением

Руководитель Корытина Гульназ Фаритовна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук , Республика Башкортостан

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-401 - Молекулярная и клеточная медицина

Ключевые слова Хроническая обструктивная болезнь легких, окислительный стресс, повреждение ДНК, NRF2/KEAP -сигнальный путь, PI3K/AKT/mTOR-сигнальный путь, длинные некодирующие РНК (lncRNAs), миРНК

Код ГРНТИ76.29.37, 76.03.00, 34.23.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) - многофакторное хроническое гетерогенное воспалительное заболевание респираторной системы, с преимущественным поражением дистальных отделов дыхательных путей и легочной паренхимы, развитие которого можно предотвратить и лечить. ХОБЛ является ведущей причиной заболеваемости и смертности во всем мире, что объясняет постоянный процесс поиска новых подходов к лечению и предупреждению развития заболевания. Широкая распространенность ХОБЛ, поздняя диагностика заболевания, фенотипическая гетерогенность заболевания указывает на актуальность и своевременность проведения такого рода исследований. При практически всесторонне изученных аспектах патогенеза ХОБЛ, включая исследования на геномном уровне, в настоящее время остается множество вопросов, затрагивающих тонкие механизмы развития различных фенотипов ХОБЛ и прогрессирования заболевания. Опубликованные данные свидетельствуют о том, что патогенез ХОБЛ может включать нарушение регуляции стрессовых реакций, препятствующих клеточному старению, включающий широкий круг сигнальных каскадов и их регуляторов, в том числе Nrf2/Keap1/ARE – и PI3K/AKT/mTOR - сигнальные пути. Некодирующие РНК, играя важную роль в регуляции различных внутриклеточных сигнальных путей, являются наиболее актуальным предметом генетических исследований различных патологических фенотипов. Профиль экспрессии некодирующих РНК, включающий миРНК и длинные некодирующие РНК (lncRNAs), которые ассоциирован с компонентами сигнальных путей, регулирующих окислительный стресс и клеточное старение может быть изменен при различных заболеваниях. Сведения о роли lncRNAs в развитии ХОБЛ весьма ограничены. Исследования в данной области находятся на стадии накопления фактического материала и обобщения уже полученных данных. Таким образом, lncRNAs, миРНК и гены сигнальных каскадов, вовлеченных в окислительный стресс и клеточное старение образуют сложную взаимодействующую сеть и могут быть мишенями при терапии заболевания. Целью проекта является поиск новых молекулярных маркеров хронической обструктивной болезни легких на основе геномного анализа - генотипирования широкой панели генов NRF2/KEAP/ARE- и PI3K/AKT/mTOR- сигнальных путей, дифференциальной экспрессии длинных некодирующих РНК (lncRNAs), миРНК и генов-мишеней вовлеченных в регуляторную сеть сигнальных путей связанных с окислительным стрессом и клеточным старением, с учетом данных об особенностях клинического течения заболевания и воздействия факторов среды. Это комплексное исследование, сочетающее в себе современные методические подходы биоинформатики и молекулярной генетики. Впервые нашей группой будут применен предварительный биоинформационный анализ in silico, будет проведена работа с доступными базами данных для выбора целевых генов, анализа функциональной значимости выбранных SNP, идентификации сети взаимодействующих мРНК, миРНК, LncRNA вовлеченных в ключевые сигнальные каскады, связанные с окислительным стрессом и клеточным старением. Впервые нами будет проведен комплексный бионформационный анализ полученных данных с использованием современных ресурсов и программ, построены математические модели, учитывающих возможные предикторы ХОБЛ. В результате реализации проекта будут получены новые сведения о роли генов ключевых сигнальных путей, связанных с окислительным стрессом и клеточным старением и регуляторных lncRNAs и миРНК в развитии ХОБЛ, которые будут способствовать расширению знаний об этиопатогенезе заболевания и молекулярных механизмах, лежащих в его основе. В практическом плане, полученные результаты позволят идентифицировать новые механизмы, лежащие в основе формирования ХОБЛ которые, в свою очередь, открывают возможности для разработки принципиально новых лекарственных препаратов для терапии, коррекции и персонализированных методов диагностики и прогнозирования заболевания.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Маркелов В.А., Корытина Г.Ф., Азнабаева Ю.Г., Зулкарнеев Ш.Р., Ахмадишина Л.З., Загидуллин Н.Ш. Роль сигнальных путей, вовлеченных в механизмы клеточного старения и регуляторных некодирующих РНК в развитии хронической обструктивной болезни легких Гены и клетки, №2, Том 18. Стр. 349-264 (год публикации - 2023)
10.23868/gc248366

2. Корытина Г.Ф., Ахмадишина Л.З., Маркелов В.А. Азнабаева Ю.Г., Кочетова О.В., Насибуллин Т.Р., Ларкина А.П., Хуснутдинова Н.Н., Загидуллин Н.Ш., Викторова Т.В. Роль генов PI3K/AKT/mTOR- сигнального каскада и сиртуинов в развитии хронической обструктивной болезни легких Вавиловский журнал генетики и селекции, № 5. Т. 27. С. 512-521 (год публикации - 2023)
10.18699/VJGB-23-62

3. Корытина Г. Ф., МаркеловВ.А., Ахмадишина Л.З., Азнабаева Ю.Г., Кочетова О.В., Ларкина А.П.,. Хуснутдинова Н.Н, Измайлова С.М., Загидуллин Н.Ш., Викторова Т. В. Вклад генов НАД-зависимых деацетилаз семейства сиртуинов в фенотипическую гетерогенность хронической обструктивной болезни легких Якутский медицинский журнал, №3.Т. 83. С. 14-18 (год публикации - 2023)
10.25789/YMJ.2023.83.03

4. Корытина Г.Ф., Маркелов В.А., Азнабаева Ю.Г., Ларкина А.П., Горбатовкая К.С., Ахмадишина Л.З., Кочетова О.В., Загидуллин Н.Ш. Профиль экспрессии генов метаболизма свободных радикалов и антиоксидантной защиты при хронической обструктивной болезни легких БИОМИКА, №1 Т.15. С. 26-32 (год публикации - 2023)
10.31301/2221-6197.bmcs.2023-4

5. Маркелов В.А., КорытинаГ.Ф., Азнабаева Ю.Г., Гибадуллин И.А., Ахмадишина Л.З., Насибуллин Т.Р., Кочетова О.В., Авзалетдинов А.М., Загидуллин Н.Ш. Expression of Long Noncoding RNAs and Protein-Coding Genes Involved in Oxidative Stress and Cell Senescence in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease Molecular Biology, Vol. 58, No. 5, pp. 944–960 (год публикации - 2024)
DOI: 10.1134/S0026893324700481

6. Маркелов В.А., Ахмадишина Л.З., Ларкина А.П., Насибуллин Т.Р., Корытина Г.Ф. Вклад полиморфных локусов генов длинных некодирующих РНК MEG3, MALAT1, Linc00305, Linc00261, Linc02227 и CDKN2B-AS1 в развитие хронической обструктивной болезни легких Молекулярная диагностика и биобезопасность – 2024: сборник тезисов Конгресса с международным участием (Москва, 16–17 апреля 2024 года) / под ред. академика РАН В.Г. Акимкина. М.: ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, 2024. — 266 с. С.190. , Молекулярная диагностика и биобезопасность – 2024: сборник тезисов Конгресса с международным участием (Москва, 16–17 апреля 2024 года) / под ред. академика РАН В.Г. Акимкина. М.: ФБУН ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора, 2024. — 266 с. С.190. (год публикации - 2024)
DOI: 10.36233/978-5-6048873-9-4

7. Корытина Г.Ф., Маркелов В.А., Азнабаева Ю.Г., Ахмадишина Л.З., Загидуллин Н.Ш. Анализ экспрессии длинных некодирующих РНК и генов, вовлеченных в клеточное старение и окислительный стресс у больных с хронической обструктивной болезнью легких Сборник трудов конгресса. XXXIV Национальный конгресс по болезням органов дыхания; Под. ред. акад. А.Г. Чучалина – М. : ДизайнПресс, 2024. – 144 с., Сборник трудов конгресса. XXXIV Национальный конгресс по болезням органов дыхания; Под. ред. акад. А.Г. Чучалина – М. : ДизайнПресс, 2024. – 144 с. С.99 (год публикации - 2024)

8. Корытина Г.Ф., Маркелов В.А., Ахмадишина Л.З., Насибуллин Т.Р., Азнабаева Ю.Г., Хуснутдинова Н.Н., Кочетова О.В., Ларкина А.П., Викторова Т.В. Загидуллин Н.Ш. Association of Polymorphic Loci of Long Noncoding RNA Genes (H19, MEG3, MALAT1, LINC00305, LINC00261, LINC02227, and CDKN2B-AS1) with Chronic Obstructive Pulmonary Disease Russian Journal of Genetics, Vol. 60, No. 9, pp. 1233-1246 (год публикации - 2024)
10.1134/S1022795424700777

9. Маркелов В.А., Ахмадишина Л.З., Насибуллин Т.Р., Корытина Г.Ф. Профиль экспрессии длинных некодирующих РНК и генов, вовлеченных в клеточное старение и окислительный стресс у больных с хронической обструктивной болезнью легких Сборник тезисов Международного Конгресса «VIII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 300 летию российской науки и высшей школы». Саратов, 14–19 июня 2024 года. С. 582., Сборник тезисов Международного Конгресса «VIII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 300 летию российской науки и высшей школы». Саратов, 14–19 июня 2024 года. С. 582. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) – многофакторное хроническое гетерогенное воспалительное заболевание, затрагивающее дистальные отделы дыхательных путей (бронхи, бронхиолы) и легочную паренхиму с развитием эмфиземы легких. ХОБЛ, наряду с сердечно-сосудистыми и онкологическими заболеваниями, относится к главным причинам роста смертности в мире, что объясняет постоянный поиск новых подходов к диагностике и лечению данной патологии. ХОБЛ развивается в результате комплексного взаимодействия молекулярно-генетических факторов, сети эпигенетических регуляторов и внешнесредовых воздействий, тесно связанных с образом жизни. Вдыхание частиц сигаретного дыма и других поллютантов, активация воспалительных клеток (макрофагов и нейтрофилов) приводят к развитию окислительного стресса, который считается ключевым фактором ускоренного клеточного старения, так как активные формы кислорода вызывают повреждения структуры клеток. Появляется все больше доказательств связи ХОБЛ с ускоренным старением, при котором ключевую роль играют сигнальные каскады PI3K/AKT/mTOR, NRF2/KEAP и сеть длинных некодирующих РНК (днРНК). Целью проекта является поиск новых молекулярных маркеров хронической обструктивной болезни легких на основе геномного анализа - генотипирования широкой панели генов NRF2/KEAP/ARE- и PI3K/AKT/mTOR- сигнальных путей, дифференциальной экспрессии длинных некодирующих РНК (днРНК), миРНК и генов-мишеней вовлеченных в регуляторную сеть сигнальных путей связанных с окислительным стрессом и клеточным старением с учетом данных об особенностях клинического течения заболевания и воздействия факторов среды. В результате реализации проекта в 2024 году проведено комплексное клиническое обследование групп больных ХОБЛ и лиц контрольной группы на базе многопрофильного стационара. Диагноз устанавливался с учетом рекомендаций рабочей группы по «Глобальной стратегии диагностики, лечения и профилактики хронической обструктивной болезни легких (http://goldcopd.org). Сформирована коллекция биологического материала больных ХОБЛ и контрольной группы, включающая образцы РНК из легочной ткани (N=80), образцы РНК из мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) (N=279), сыворотки крови (N=279), образцов ДНК анализа панели SNP (N=1425). С использованием геномных баз данных TarBase v8.0, DIANA Tools/ DIANA-LncBase v3, miRTarBase v8.0, StarBase (ENCORI), miRPath v4.0 from DIANA Tools, miRwalk проведен анализ in silico для идентификации сети взаимодействующих мРНК, микроРНК, днРНК, вовлеченных в ключевые сигнальные каскады, связанные с окислительным стрессом и клеточным старением. Обогащение сигнальных путей для дифференциально экспрессирующихся миРНК и днРНК, и визуализация проводились с помощью онлайн инструментов ShinyGO: a graphical gene-set enrichment tool, STRING, Cytoscape software v.3.10.1 platform, WikiPathways, NetworkAnalyst 3.0, и KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). В результате проведенного в 2024 году исследования 14 SNP белок-кодирующих генов: HMOX1, TOMM40, FOXO3A, FOXO1, PHB1, PHB2, Klotho и генов длинных некодирующих РНК: (lncRNA): CDKN2B-AS1 (ANRI), LINC00305, LINC00261, LINC02227 нами выявлены значимые ассоциации с ХОБЛ ряда изученных локусов и наличие ген-генных взаимодействий, что подтверждает предположение о существенной роли механизмов нарушения регуляции стрессовых реакций, препятствующих клеточному старению в формирование предрасположенности к ХОБЛ. Впервые в нашей работе показана значимая ассоциация генов LINC02227 (rs2149954), CDKN2B-AS1 (rs4977574), FOXO1 (rs12585277), FOXO3A (rs2253310), TOMM40 (rs2075650), HMOX1 (rs2071749), HMOX1 (rs2071746) с ХОБЛ. В результате множественного регрессионного анализа была оценена прогностической значимость выявленных маркеров и идентифицированы высокоинформативные комплексные модели риска ХОБЛ, учитывающие как генетические, так и средовые факторы. В 2024 году определен уровень относительной экспрессии днРНК (LUCAT1, LINC00342, CDKN2B-AS1, DNM3OS, SNHG5) и мРНК (PTEN, TGFB2, FOXO3, KEAP1, SIRT1, SIRT3, SIRT6, NFE2L2) и миРНК (miR-218-5p, miR-126-3p, miR-200a-3p, miR-18a-5p, miR-29a-3p, miR-34a-5p, miR-150-5p, miR-570-3p) в мононуклеарных клетках крови (PBMC) и легочной ткани больных ХОБЛ и здоровых индивидов. Результаты анализа экспрессии некодирующих РНК (днРНК, миРНК) и, таргетных мРНК вовлеченных в активацию фибробластов легких, клеточное старение эпителиальных клеток и регуляцию NRF2/KEAP- и PI3K/AKT/mTOR- сигнальных каскадов, позволил вывить гены дифференциально экспрессирующиеся в мононуклеарных клетках крови и легочной ткани у больных ХОБЛ и контроле.

Публикации

Возможность практического использования результатов
нет