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 14-15-00112

НазваниеИсследование транскриптома активированных макрофагов

РуководительОрехов Александр Николаевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2014 г. - 2016 г.

, продлен на 2017 - 2018. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-108 - Иммунология

Ключевые словаактивация макрофагов, воспаление, врождённый иммунитет, генная инженерия, иммунопатология, макрофаг, молекулярная биология, моноцит, пластичность макрофагов, поляризация макрофагов, системная биология, трансгенные клетки, транскриптом, цитокины, экспрессия мРНК

Код ГРНТИ76.03.55

СтатусУспешно завершен

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Макрофаги вносят существенный вклад в развитие реакций врождённого иммунитета, защищая от болезнетворных микроорганизмов путем фагоцитоза патогенных микробов, узнавания патоген-ассоциированных молекулярных паттернов, секреции белков, активирующих другие иммунные клетки, представления антигенов лимфоцитам. В зависимости от природы стимулирующего агента они становятся классически (M1) или альтернативно (М2) активированными макрофагами, которые обычно различаются по секреции про- и противовоспалительных цитокинов, соответственно. Степень активации макрофагов, оцененная по секреции цитокинов в ответ на про- и противовоспалительные стимулы, существенно различается у здоровых лиц и при различных патологиях. Безусловно, такие различия должны обусловливать индивидуальные особенности функционирования системы врождённого иммунитета. Раскрытие механизмов, определяющих эти особенности, станет прорывом в понимании патогенеза заболеваний, связанных с иммунопатологией и воспалением, позволит разработать принципиально новые подходы к персонифицированной диагностике, профилактике и лечению иммунопатологий. Иммунопатологии, включая сердечнососудистые заболевания, онкопатологию и хроническое воспаление, обусловливают до 90 процентов смертности в современном обществе. Бурное развитие исследований в области иммунологии привело к многим важным открытиям, тем не менее, отдельные стороны иммунопатологий остаются плохо изученными. В частности, явление индивидуальных различий в активации макрофагов у здоровых лиц и больных различными заболеваниями практически не изучено. Результаты исследования механизмов этого явления позволят установить индивидуальные особенности функционирования системы врождённого иммунитета, которые могут определять риск возникновения и развития патологических изменений, ведущих к болезни. Поскольку явление индивидуальных различий в активации макрофагов у здоровых лиц и больных различными заболеваниями не изучено, наиболее прямым и беспроигрышным представляется подход, основанный на изучении транскриптома активированных макрофагов. В результате изучения транскриптома будет получен массив данных, анализ которых позволит выявить гены, ответственные за различную степень активации макрофагов. Выявление таких генов будет осуществляться с использованием подходов системной биологии. Следующим этапом станет установление причинно-следственных связей между экспрессий мРНК соответствующих генов и изменением активации макрофагов. С этой целью будут получены трансгенные клетки, с нокдаунными генами, экспрессия которых падает при активации макрофагов, а также будут получены клетки, оверэкспрессирующие гены, экспрессия которых возрастает. Результаты оценки степени активации таких трансгенных клеток по уровню секреции про- и противовоспалительных цитокинов позволит сделать заключение о том, является ли изменение экспрессии соответствующей мРНК причиной (при полном соответствии изменений экспрессии мРНК и секреции цитокинов) или следствием различий в степени активации.

Ожидаемые результаты
Будет получено не менее 150 траскриптомов (30 образцов, 5 реплик на образец). Будет проведено выделение групп генов с дифференциальной экспрессией между макрофагами с различными степенями активации. Будет проведен анализ регуляторных путей, преимущественно содержащих гены с различной степенью экспрессии, и сделаны выводы о молекулярных механизмах, лежащих в основе дифференциации макрофагов по степеням активации. В результате анализа будут выявлены группы генов, демонстрирующих дифференциальную экспрессию у макрофагов при различной активации, определена функциональная принадлежность этих групп генов и определены регуляторные пути, управляющие дифференциальной экспрессией генов, и соответственно - формированием клеточных типов. Будут установлены причинно-следственные связи между экспрессий соответствующей мРНК и изменением активации макрофагов с использованием трансгенных клеток, в которые будут введены вирусные конструкции, оверэкспрессирующие или, наоборот, подавляющие экспрессию генов-кандидатов. Научная ценность заявляемого проекта заключается в раскрытии механизмов индивидуальных особенностей функционирования макрофага, ключевого клеточного элемента врождённого иммунитета. Раскрытие механизмов, определяющих индивидуальные особенности функционирования системы врождённого иммунитета, станет прорывом в понимании патогенеза заболеваний, связанных с иммунопатологией и воспалением, позволит разработать принципиально новые подходы к персонифицированной диагностике, профилактике и лечению иммунопатологий. Иммунопатологии, включая сердечнососудистые заболевания, онкопатологию и хроническое воспаление, обусловливают до 90 процентов смертности в современном обществе, что определяет их высокую медико-социальную значимость. Комплексное решение проблемы иммунопатологий приведёт к существенному повышению продолжительности и качества жизни населения. Заявляемый проект обладает абсолютной научной новизной и основан на использовании современных научных подходов, запланированные результаты соответствуют мировому уровню исследований. По результатам выполнения проекта будет направлено в печать в международные рецензируемые журналы (ИФ 3-8) не менее 9 научных статей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2014 году
По результатам работы были направлены в печать 4 статьи. Все статьи опубликованы. Три из них опубликованы в форме Epub ahead of print. Бумажная версия этих статей выйдет в свет в начале 2015 г. Сделано устное сообщение на 5th World Congress on Targeting Mitochondria, Berlin (Germany), October 30-31, 2014. Получен приз за лучший постер. Кроме того, по результатам теоретической работы опубликовано 6 обзорных статей в журналах Web of Science (ИФ 2,339-5,808), имеющие соответствующую ссылку на поддержку Российского научного фонда. Статьи не были зарегистрированы, поскольку были направлены в печать до подписания Соглашения. В соответствии с планом экспериментальных работ оценена активация моноцитов, выделенных из крови пациентов, по пути М1 и М2. При оценке степени активации моноцитов у разных пациентов мы столкнулись с разительными индивидуальными различиями. На основании проведённого анализа пациенты были разбиты на 3 группы: 1. Отсутствие активации, 2. Высокая активация, 3. Промежуточная степень активации. Для анализа транскриптомов из соответствующего клеточного материала была выделена тотальная РНК и получены библиотеки кДНК. Разработан протокол количественного анализа присутствия примесей ДНК в полученных препаратов РНК. Определены параметры создания библиотек для высокоэффективного секвенирования на платформе IonProton. Весь объём запланированных работ выполнен полностью.

Публикации

1. Alexander N. Orekhov, Igor A. Sobenin, Mikhail A. Gavrilin, Alexei Gratchev, Svetlana Y. Kotyashova, Nikita G. Nikiforov and Julia Kzhyshkowska Macrophages in Immunopathology of Atherosclerosis: A Target for Diagnostics and Therapy Current Pharmaceutical Design, 2015, 21, 000-000 (год публикации - 2014)

2. Dimitry A. Chistiakov, Igor A. Sobenin, Alexander N. Orekhov and Yuri V. Bobryshev Dendritic Cells: A Double-Edge Sword in Atherosclerotic Inflammation Current Pharmaceutical Design, 2015, 21, 000-000 (год публикации - 2014)

3. Yuri V. Bobryshev, Igor A. Sobenin, Alexander N. Orekhov and Dimitry A. Chistiakov Novel Anti-inflammatory Interleukin-35 as an Emerging Target for Antiatherosclerotic Therapy Current Pharmaceutical Design, 2015, 21, 000-000 (год публикации - 2014)

4. К. А. Луста, А. Н. Орехов Роль провоспалительных и противовоспалительных медиаторов в атерогенезе Клиническая и экспериментальная морфология, 2014,3(11)60-71 (год публикации - 2014)

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Опубликовано 27 статей в журналах, индексируемых в Web of Science (импакт факторы 1.579-6.175) и 1 статья в журнале, индексируемом в РИНЦ. Было осуществлено секвенирование транскриптома для 156 образцов (запланировано 150 образцов) макрофагов с низкой, средней и высокой активируемостью. С помощью подходов и методов системной биологии было выявлено 57 генов дифференциально экспрессирующихся между различными типами макрофагов, взятых у пациентов.

Публикации

1. Orekhov AN, Nikiforov NG, Elizova NV, Ivanova EA, Makeev VJ Phenomenon of individual difference in human monocyte activation Exp Mol Pathol, 21;99(1):151-154 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2015.06.011

2. Orekhov AN, Zhelankin AV, Kolmychkova KI, Mitrofanov K, Kubekina MV, Ivanova EA, Sobenin IA Susceptibility of monocytes to activation correlates with atherogenic mitochondrial DNA mutations Exp Mol Pathol, 99(3):672-676 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2015.11.006

3. Bobryshev YV, Orekhov AN, Chistiakov DA MicroRNAs in Esophageal Adenocarcinoma: Functional Significance and Potential for the Development of New Molecular Disease Markers Current Pharmaceutical Design, 21(23):3402-16 (год публикации - 2015)

4. Bobryshev YV, Orekhov AN, Chistiakov DA Vascular stem/progenitor cells: current status of the problem Cell Tissue Res, 362(1):1-7 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1007/s00441-015-2231-7

5. Bobryshev YV, Sobenin IA, Orekhov AN, Chistiakov DA Novel Anti-inflammatory Interleukin-35 as an Emerging Target for Antiatherosclerotic Therapy Current Pharmaceutical Design, 21(9):1147-51 (год публикации - 2015)

6. Chistiakov DA, Ashwell KW, Orekhov AN, Bobryshev YV Innervation of the arterial wall and its modification in atherosclerosis Auton Neurosci, 193:7-11 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.autneu.2015.06.005

7. Chistiakov DA, Bobryshev YV, Kozarov E, Sobenin IA, Orekhov AN Intestinal mucosal tolerance and impact of gut microbiota to mucosal tolerance Front Microbiol, 5:781 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00781

8. Chistiakov DA, Bobryshev YV, Kozarov E, Sobenin IA, Orekhov AN Role of gut microbiota in the modulation of atherosclerosis-associated immune response Front Microbiol, 6:671 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00671

9. Chistiakov DA, Bobryshev YV, Nikiforov NG, Elizova NV, Sobenin IA, Orekhov AN Macrophage phenotypic plasticity in atherosclerosis: The associated features and the peculiarities of the expression of inflammatory genes Int J Cardiol, 184C:436-445 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.ijcard.2015.03.055

10. Chistiakov DA, Bobryshev YV, Orekhov AN Heterogeneity of Tregs and the complexity in the IL-12 cytokine family signaling in driving T-cell immune responses in atherosclerotic vessels Mol Immunol, 65(1):133-138 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.molimm.2015.01.013

11. Chistiakov DA, Bobryshev YV, Orekhov AN Macrophage-mediated cholesterol handling in atherosclerosis Macrophage-mediated cholesterol handling in atherosclerosis, - (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1111/jcmm.12689

12. Chistiakov DA, Bobryshev YV, Orekhov AN Neutrophil's weapons in atherosclerosis Exp Mol Pathol, 99(3):663-671 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2015.11.011

13. Chistiakov DA, Bobryshev YV, Orekhov AN Changes in transcriptome of macrophages in atherosclerosis J Cell Mol Med, 19(6):1163-73 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1111/jcmm.12591

14. Chistiakov DA, Orekhov AN, Bobryshev YV Vascular smooth muscle cell in atherosclerosis Acta Physiol (Oxf), 214(1):33-50 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1111/apha

15. Chistiakov DA, Orekhov AN, Bobryshev YV Contribution of neovascularization and intraplaque haemorrhage to atherosclerotic plaque progression and instability Acta Physiol (Oxf), 213(3):539-53 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1111/apha.12438

16. Chistiakov DA, Orekhov AN, Bobryshev YV Extracellular vesicles and atherosclerotic disease Cell Mol Life Sci, 72(14):2697-708 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1007/s00018-015-1906-2

17. Chistiakov DA, Revin VV, Sobenin IA, Orekhov AN, Bobryshev YV Vascular Endothelium: Functioning in Norm, Changes in Atherosclerosis and Current Dietary Approaches to improve Endothelial Function Mini Rev Med Chem, 15(4):338-50 (год публикации - 2015)

18. Chistiakov DA, Sobenin IA, Orekhov AN, Bobryshev YV Dendritic cells: a double-edge sword in atherosclerotic inflammation Current Pharmaceutical Design, 21(9):1118-23 (год публикации - 2015)

19. Chistiakov DA, Sobenin IA, Orekhov AN, Bobryshev YV Human miR-221/222 in Physiological and Atherosclerotic Vascular Remodeling Biomed Res Int, 2015:354517 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1155/2015/354517

20. Ivanova EA, Bobryshev YV, Orekhov AN Intimal pericytes as the second line of immune defence in atherosclerosis World J Cardiol, 7(10):583-93 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.4330/wjc.v7.i10.583

21. Ivanova EA, Orekhov AN T Helper Lymphocyte Subsets and Plasticity in Autoimmunity and Cancer: An Overview Biomed Res Int, 2015:327470 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1155/2015/327470

22. Ivanova EA, Parolari A, Myasoedova V, Melnichenko AA, Bobryshev YV, Orekhov AN Peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma in cardiovascular disorders and cardiovascular surgery J Cardiol, 362(1):1-7 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1007/s00441-015-2231-7

23. Novoselov VV, Sazonova MA, Ivanova EA, Orekhov AN Study of the activated macrophage transcriptome Exp Mol Pathol, 99(3):575-580 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2015.09.014

24. Orekhov AN, Sobenin IA, Revin VV, Bobryshev YV Development of Antiatherosclerotic Drugs on the basis of Natural Products Using Cell Model Approach Oxid Med Cell Longev, 2015:463797 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1155/2015/463797

25. Луста КА, Орехов АН Роль гладкомышечных клеток сосудистой стенки в атерогенезе Клиническая и экспериментальная морфология, 14(2)50-61 (год публикации - 2015)

26. Orekhov AN, Bobryshev YV Cell composition of the subendothelial arterial intima and the role of alpha-smooth muscle actin expressing pericyte-like cells and smooth muscle cells in the development of atherosclerosis Muscle Cell and Tissue, Kunihiro Sakuma (ed), In Tech, 2015, ISBN 978-953-51-2156-5, Chapter 8, pp.203-231. (год публикации - 2015) https://doi.org/10.5772/60430

27. Orekhov AN, Ivanova EA Antiatherosclerotic efficacy of nutraceuticals Nutraceuticals: Efficacy, Safety and Toxicity, Edited by Dr. Ramesh C. Gupta, Academic Press, 2016, ISBN: 978-0-12-802147-7, 61-73 (год публикации - 2015)

28. Orekhov AN, Ivanova EA, Bobryshev YV Naturally occurring multiple-modified low density lipoprotein Blood Lipids and Lipoproteins,Editor: Milissa Ruiz, Nova Science Publishers Inc., 2015, Chapter 2, pp. 13-54 (год публикации - 2015)

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Было продолжено аналитическое исследование по теме проекта, результаты которого опубликованы в обзорных статьях (PubMed PMID: 26840309; 27869795; 27619160; 26742038; 27056419; 26845127; 26561054; 27246807; 27079772; 27262513; 27160316; 26777261; 27180261). Также опубликованы результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении проекта (PubMed PMID: 27493969; 26880986; 26885534; 26747411). Результаты были включены также в главу монографии (http://store.elsevier.com/Nutraceuticals/isbn-9780128021477/). Получено 10 культур модифицированных макрофагов человека. В том числе, получено 5 культур модифицированных макрофагов человека (включая модифицированную контрольную культуру) с подавленной активностью генов, ассоциированных со степенью активации макрофагов. Кроме того, получено 5 культур модифицированных макрофагов (включая модифицированную контрольную культуру), несущих генетические конструкции, используемые для изучения функций трансдуцированных клеток имеющих митохондриальную мутацию G14459A. Получены результаты экспериментальных исследований, свидетельствующие о влиянии генетической модификации клеток на основные функции, связанные с патологическими состояниями воспалительного генеза, а именно: провоспалительная активация и накопление внутриклеточного холестерина. Дальнейшее исследование в этом направлении требует новых подходов биоинформатики для выявления мастер-регуляторов, ответственных за изменение функций клеток.

Публикации

1. Бобрышев Ю.В., Иванова Е.А., Чистяков Д.А., Никифоров Н.Г., ОреховА.Н. Macrophages and Their Role in Atherosclerosis: Pathophysiology and Transcriptome Analysis BioMed Research International, 2016;2016:9582430. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1155/2016/9582430

2. Иванова Е.А., Орехов А.Н. Monocyte Activation in Immunopathology: Cellular Test for Development of Diagnostics and Therapy Journal of Immunology Research, 2016;2016:4789279 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1155/2016/4789279

3. Орехов А.Н., Андреева Е.Р., Бобрышев Ю.В. Cellular mechanisms of human atherosclerosis: Role of cell-to-cell communications in subendothelial cell functions Tissue Cell, 2016 Feb;48(1):25-34 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.tice.2015.11.002

4. Иванова Е.А., Орехов А.Н. The Role of Endoplasmic Reticulum Stress and Unfolded Protein Response in Atherosclerosis Int J Mol Sci, 2016 Feb 1;17(2) (год публикации - 2016)

5. Иванова Е.А., Орехов А.Н. Cellular Model of Atherogenesis Based on Pluripotent Vascular Wall Pericytes Stem Cells International, 2016;2016:7321404 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1155/2016/7321404

6. Чистяков Д.А., Киллингсворт М.К., Мясоедова В.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. CD68/macrosialin: not just a histochemical marker Lab Invest, 2016 Nov 21 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1038/labinvest.2016.116

7. Чистяков Д.А., Мельниченко А.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. The role of cardiac fibroblasts in post-myocardial heart tissue repair Exp Mol Pathol, 2016 Oct;101(2):231-240 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2016.09.002

8. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. The role of miR-126 in embryonic angiogenesis, adult vascular homeostasis, and vascular repair and its alterations in atherosclerotic disease J Mol Cell Cardiol, 2016 Aug;97:47-55 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2016.05.007

9. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. LOX-1-Mediated Effects on Vascular Cells in Atherosclerosis Cell Physiol Biochem, 2016;38(5):1851-9 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1159/000443123

10. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Dendritic Cells in Esophageal Adenocarcinoma: The Currently Available Information and Possibilities to use Dendritic Cells for Immunotherapeutic Approaches Current Pharmaceutical Design, 2016;22(3):307-11 (год публикации - 2016)

11. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Cardiac-specific miRNA in cardiogenesis, heart function, and cardiac pathology (with focus on myocardial infarction) J Mol Cell Cardiol, 2016 Apr 4;94:107-121 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2016.03.015

12. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Dendritic Cells in Colorectal Cancer and a Potential for their Use in Therapeutic Approaches Curr Pharm Des, 2016;22(16):2431-8 (год публикации - 2016)

13. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Cardiac Extracellular Vesicles in Normal and Infarcted Heart Int J Mol Sci, 2016 Jan 5;17(1). pii: E63 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.3390/ijms17010063

14. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Links between atherosclerotic and periodontal disease Exp Mol Pathol, 2016 Feb;100(1):220-35 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2016.01.006

15. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Immune-inflammatory responses in atherosclerosis: Role of anadaptive immunity mainly driven by T and B cells Immunobiology, 2016 Sep;221(9):1014-33 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.imbio.2016.05.010

16. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Endothelial PECAM-1 and its function in vascular physiology and atherogenic pathology Experimental and Molecular Pathology, 2016 Apr 11;100(3):409-415 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.yexmp.2016.03.012

17. Чистяков Д.А., Орехов А.Н., Бобрышев Ю.В. Effects of shear stress on endothelial cells: go with the flow Acta Physiol (Oxf), 2016 Jun 1. (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1111/apha.12725

18. Орехов А.Н., Иванова Е.А. Antiatherosclerotic Efficacy of Nutraceuticals Nutraceuticals: Efficacy, Safety and Toxicity, Edited by Dr. Ramesh C. Gupta, Academic Press, Chapter 5. pp. 61-73 (год публикации - 2016)

19. Орехов А., Никифоров Н., Елизова Н., Сазонова М., Желанкин А., Собенин И. Monocyte activation correlates with atherogenic mitochondrial mutations 84th EAS Congress, May 29 - June 1, 2016, Innsbruck, Austria, - (год публикации - 2016)

20. Орехов А.Н. Mitochondrial mutations and monocyte activation Anitschkow Days, Symposium of the International Atherosclerosis Society, June 2–4, 2016, St. Petersburg, Russia, - (год публикации - 2016)

21. Орехов А.Н. Susceptibility of monocytes to activation correlates with atherogenic mitochondrial DNA mutations 10th Congress of the Asian-Pacific Society of Atherosclerosis and Vascular Diseases, July 14-16, 2016, Tokyo, Japan, - (год публикации - 2016)

Возможность практического использования результатов
не указано