Molekulyarnaya Meditsina (Molecular medicine)Molekulyarnaya Meditsina (Molecular medicine)Молекулярная медицина1728-29182499-9490Russkiy Vrach Publishing House11357910.29296/24999490-2022-02-05ArticlesСтатьиResearch ArticleAED peptide activates gene expression and differentiation proteins synthesis of human skin fibroblasts during replicative agingПептид AED активирует экспрессию генов и синтез белков дифференцировки фибробластов кожи человека при репликативном старенииGutopEkaterina OlegovnaГутопЕкатерина Олеговна

MD, PhD, the scientific researcher of the Laboratory of Biogerontology of the Department of Biogerontology

кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории биогеронтологии отдела биогеронтологии

mgutop@mail.ruLinkovaNatalia SergeevnaЛиньковаНаталья Сергеевна

doctor of biological sciences, docent, the head of the laboratory of molecular mechanisms of aging; professor of the Department of therapy, geriatrics and antiaging medicine of Academy of postgraduate education under; senior researcher of the Laboratory “Problem of Aging”

доктор биологических наук, доцент, заведующая лабораторией молекулярных механизмов старения; профессор кафедры терапии, гериатрии и анти-возрастной медицины; ведущий научный сотрудник лаборатории проблем старения

miayy@yandex.ruFridmanNatalia VladimirovnaФридманНаталья Владимировна

MD, PhD, scientific research of the laboratory of molecular mechanisms of aging

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов старения

natfri@mail.ruKozhevnikovaEkaterina OlegovnaКожевниковаЕкатерина Олеговна

PhD, the scientific researcher of the Laboratory of Biogerontology of the Department of Biogerontology

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории биогеронтологии отдела биогеронтологии

katena_94@list.ruPolyakovaVictoria OlegovnaПоляковаВиктория Олеговна

professor; professor, the head of the laboratory of immunology of agin; the head of the center of molecular medicine

профессор РАН, доктор биологических наук, профессор, заведующая лабораторией иммунологии старения; заведующая центром молекулярной медицины

vopol@yandex.ruKhavinsonVladimir KhatskelevichХавинсонВладимир Хацкелевич

corresponding member of Russian Academy of Science, honored worker of science; doctor of medical sciences, professor, the head; the head of the group of peptide regulation of aging

член-корреспондент РАН, заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор, директор; руководитель группы пептидной регуляции старения

khavinson@gerontology.ruSaint Petersburg Institute of Bioregulation and GerontologyСанкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологииAcademy of postgraduate education under FSBU FSCC of FMBA of RussiaАкадемия постдипломного образования ФГБУ ФНКЦ ФМБА РоссииBelgorod National Research UniversityБелгородский государственный национальный исследовательский университетSaint Petersburg State Pediatric Medical UniversityСанкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университетPavlov Institute of Physiology Russian Academy of SciencesИнститут физиологии им. И.П. Павлова РАН15022022202VOL 20, NO2 (2022)ТОМ 20, №2 (2022)323818112022Copyright ©; 2022, Russkiy Vrach Publishing HouseCopyright ©; 2022, ИД "Русский врач"2022Russkiy Vrach Publishing HouseИД "Русский врач"https://journals.eco-vector.com/1728-2918/article/view/113579

Skin fibroblasts aging is caused by genetic features and the environmental factors influence. One of the physiological aspects of skin aging is a decrease of regenerative capacity of dermis fibroblasts, including their ability to differentiate. The aim of this work is to study the effect of the AED peptide on fibroblast differentiation of human skin when aging in vitro. Methods. The study was conducted on DF-1 cell line (human dermal fibroblasts (mesenchymalstem cells)) isolated from the skin of the eyelids of a 37-year-old female donor). Cells were cultured till 25 passages for achieving the replicative aging. The effects of the AED peptide on gene expression and protein synthesis of early (Engrailed 1, PDGFRa) and late (Spry4, Twist2) fibroblast differentiation were assessed by polymerase chain reaction and immunocytochemistry. Results. The expression of the ENGRAILED1, PDGFRA, SPRY4, TWIST2 genes decreased by 1,7; 1.6; 1.5; 4.5 times respectively with aging of dermal fibroblasts. The addition of the AED peptide increased the expression of the ENGRAILED1, PDGFRA, SPRY4, TWIST2 genes in «old» skin fibroblasts by 1,9; 2,1; 2,3; 3,4 times, respectively. Expression of Engrailed 1, PDGFRa, Spry4, Twist2 proteins in fibroblasts decreased by 1,9; 2,3; 5,1; 4,3 times respectively with aging. The AED peptide increased the synthesis of Engrailed 1, PDGFRa, Spry4, Twist2 proteins in «old» fibroblasts by 3.3; 2.0; 2.5; 3.9 times respectively. Conclusion. Thus, the AED peptide increases the functional activity of skin fibroblasts during aging by increasing gene expression and synthesizing differentiation proteins in dermal fibroblast. This geroprotective effect of the AED peptide can accelerate the skin regeneration, stimulate chemotaxis and mitosis of fibroblasts, the synthesis of collagen in them, and activate the remodeling of the extracellular matrix.

Старение фибробластов кожи обусловлено генетическими особенностями и воздействием факторов внешней среды. Одним из физиологических аспектов старения кожи является снижение регенеративной способности фибробластов дермы, в том числе их способности к дифференцировке. Цель работы - изучить влияние пептида AED на дифференцировку фибробластов кожи человека при старении in vitro. Исследование проведено на клетках линии DF-1 (дермальные фибробласты человека [мезенхимные стволовые клетки]), выделенные из кожи век 37-летнего донора женского пола). Методы. Для достижения репликативного старения клетки культивировали 25 пассажей. Влияние пептида AED на экспрессию генов и синтез белков ранней (Engrailed 1, PDGFRa) и поздней (Spry4, Twist2) дифференцировки фибробластов оценивали методами полимеразной цепной реакции и иммуноцитохимии. Результаты. Экспрессия генов ENGRAILED1, PDGFRA, SPRY4, TWIST2 в «старых» фибробластах дермы была снижена соответственно в 1,7; 1,6; 1,5; 4,5 раза по сравнению с «молодыми» клетками кожи. Добавление пептида AED повышало экспрессию генов ENGRAILED1, PDGFRA, SPRY4, TWIST2 в «старых» фибробластах кожи соответственно в 1,9; 2,1; 2,3; 3,4 раза. Экспрессия белков Engrailed 1, PDGFRa, Spry4, Twist2 в «старых» фибробластах кожи была снижена соответственно в 1,9; 2,3; 5,1; 4,3 раза по сравнению с «молодыми» клетками кожи. Добавление пептида AED увеличивало синтез белков Engrailed 1, PDGFRa, Spry4, Twist2 в «старых» фибробластах соответственно в 3,3; 2,0; 2,5; 3,9 раза. Заключение. Таким образом, пептид AED повышает функциональную активность фибробластов кожи при старении путем повышения экспрессии генов и синтеза белков дифференцировки дермальных фибробластов. Этот геропротекторный эффект пептида AED может способствовать ускорению регенерации кожи, стимуляции хемотаксиса и митоза фибробластов, синтезу в них коллагена, активации ремоделирования внеклеточного матрикса.

human dermal fibroblastsAED peptidedifferentiationgene expressionreplicative agingдермальные фибробласты человекапептид AEDдифференцировкаэкспрессия геноврепликативное старениеZouboulis C.C., Ganceviciene R., Liakou A.I., Theodoridis A., Elewa R., Makrantonaki E. Aesthetic aspects of skin aging, prevention, and local treatment. Clin. Dermatol. 2019; 37 (4): 365-72. https://doi.org/10.1016/j.clindermatol.2019.04.002.Woodley D.T. Distinct Fibroblasts in the Papillary and Reticular Dermis: Implications for Wound Healing. Dermatologic clinics. 2017; 35 (1): 95-100. https://doi.org/10.1016/j.det.2016.07.004.Mascharak S., des Jardins-Park H.E., Davitt M.F., Griffin M., Borrelli M.R., Moore A.L., Chen K., Duoto B., Chinta M., Foster D.S., Shen A.H., Januszyk M., Kwon S.H., Wernig G., Wan D.C., Lorenz H.P., Gurtner G.C., Longaker M.T. Preventing Engrailed-1 activation in fibroblasts yields wound regeneration without scarring. Science. 2021; 372 (6540): eaba2374. https://doi.org/10.1126/science.aba2374.Rinkevich Y., Walmsley G.G., Hu M.S., Maan Z.N., Newman A.M., Drukker M., Januszyk M., Krampitz G.W., Gurtner G.C., Lorenz H.P., Weissman I.L., Longaker M.T. Identification and isolation of a dermal lineage with intrinsic fibrogenic potential. Science. 2015; 348 (6232): aaa2151. https://doi.org/10.1126/science.aaa2151.Marques L.F., Stessuk T., Camargo I.C., Sabeh Junior N., dos Santos L., Ribeiro-Paes J.T. Plateletrich plasma (PRP): methodological aspects and clinical applications. Platelets. 2015; 26 (2): 101-13. https://doi.org/10.3109/09537104.2014.881991.Шурыгина И.А., Шурыгин М.Г., Зеленин Н.В., Аюшинова Н.И. Воздействие на митогенактивируемые протеинкиназы как новое направление регуляции роста соединительной ткани. Бюллетень сибирской медицины. 2017; 16 (4): 86-93. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2017-4-86-93Lee M.S., Lowe G., Flanagan S., Kuchler K., Glackin C.A. Human Dermo-1 has attributes similar to Twist in early bone development. Bone. 2000; 27: 591-602. https://doi.org/10.1016/s8756-3282(00)00380-x.Lai W.T., Krishnappa V, Phinney D.G. Fibroblast growth factor 2 (Fgf2) inhibits differentiation of mesenchymal stem cells by inducing Twist2 and Spry4, blocking extracellular regulated kinase activation, and altering Fgf receptor expression levels. Stem Cells. 2011; 29 (7): 1102-11. https://doi.org/10.1002/stem.661.Crespo N.E., Torres-Bracero A., Renta J.Y., Desnick R.J., Cadilla C.L. Expression profiling identifies twist2 target genes in setleis syndrome patient fibroblast and lymphoblast cells.Int. J. Environ Res. Public Health. 2021; 18 (4): 1997. https://doi.org/10.3390/ijerph18041997.Hoffknecht B.C., Worm D.J., Bobersky S., Prochnow P., Bandow J.E., Metzler-Nolte N. Influence of the Multivalency of Ultrashort Arg-Trp-Based Antimicrobial Peptides (AMP) on Their Antibacterial Activity Chem. Med. Chem. 2015; 10 (9): 1564-9. doi: 10.1002/cmdc.201500220.Ni M., Tresset G., Iliescu C., Hauser C.A.E. Ultrashort Peptide Theranostic Nanoparticles by Microfluidic-Assisted Rapid Solvent Exchange. IEEE Trans Nanobioscience. 2020; 19 (4): 627-32. https://doi.org/10.1109/TNB.2020.3007103.Фридман Н.В., Линькова Н.С., Бойко Л.В., Кахели М.А. Влияние пептидных биорегуляторов на структурнофункциональные особенности кожи лица женщин пожилого возраста. Молекулярная медицина. 2021; 4: 42-6. https://doi.org/10.29296/24999490-2021-04-07.Журкович И.К., Ковров Н.Г, Рыжак Г.А., Миронова Е.С., Хавинсон В.Х. Идентификация коротких пептидов в составе полипептидных комплексов, выделенных из органов животных. Успехи современной биологии. 2020; (2): 140-8. https://doi.org/10.31857/S004213242002012XЛинькова Н.С., Дробинцева А.О., Орлова О.А., Кузнецова Е.П., Полякова В.О., Кветной И.М., Хавинсон В.Х. Пептидная регуляция функций фибробластов кожи при их старении in vitro. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2016; 161 (1): 40-4. https://doi.org/10.1007/s10517-016-3370-x.Фридман Н.В., Линькова Н.С., Кожевникова Е.О., Гутоп Е.О., Хавинсон В.Х. Сравнительное влияние пептидов KE и AED на функциональную активность фибробластов кожи человека при их репликативном старении. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2020; 3: 197-201. https://doi.org/10.1007/s10517-020-05022-1.Хавинсон В.Х., Линькова Н.С., Дятлова А.С., Гутоп Е.О., Орлова О.А. Короткие пептиды: регуляция функций кожи при старении. Успехи геронтологии. 2020; 33(1): 46-54.Ashapkin V, Khavinson V., Shilovsky G., Linkova N., Vanuyshin B. Gene expression in human mesenchymal stem cell aging cultures: modulation by short peptides. Molecular Biology Reports. 2020; 47: 4323-9. https://doi.org/10.1007/s11033-020-05506-3.Khavinson V, Linkova N., Diatlova A., Trofimova S. Peptide Regulation of Cell Differentiation. Stem Cell Reviews and Reports. 2020; 16: 118-25. https://doi.org/10.1007/s12015-019-09938-8.Хохлов А.Н., Клебанов А.А., Кармушаков А.Ф., Шиловский Г.А., Насонов М.М., Моргунова Г.В. Тестирование геропротекторов в экспериментах на клеточных культурах: выбор оптимальной модельной системы. Вестник Московского университета. Серия 16: биология. 2014; 1: 13-8.Орасмяэ-Медер Т., Эрнандес Е. Пептидные технологии в косметике: тенденции и перспективы. Косметика & медицина. 2010; 2: 46-53.Kolchina N., Khavinson V., Linkova N., Yakimov A., Baitin D., Afanasyeva A., Petukhov M. Systematic search for structural motifs of peptide binding to double-stranded DNA. Nucleic Acids Research. 2019; 47 (20): 10553-63. https://doi.org/10.1093/nar/gkz850.Hsu Y.C., Wu Y.T., Tsai C.L., Wei Y.H. Current understanding and future perspectives of the roles of sirtuins in the reprogramming and differentiation of pluripotent stem cells. Exp. Biol. Med. (Maywood). 2018; 243 (6): 563-75. https://doi.org/10.1177/1535370218759636.