Экспрессия генов антимикробных пептидов кишечника крыс в условиях хронического стресса

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Известно, что тяжелые стрессорные воздействия обусловливают дисфункции иммунной, нейроэндокринной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем, что приводит к развитию различных видов патологии. Одно из проявлений хронического стресса — нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта, такие как синдром раздраженного кишечника, функциональная диспепсия, дискинезия желчевыводящих путей, различные виды дисбиозов, воспалительные процессы, определяющие развитие гастрита и наиболее распространенной постстрессорной патологии — язвы желудка. Исследование молекулярных механизмов патогенеза заболеваний, связанных с дисфункцией желудочно-кишечного тракта, обусловленной хроническим стрессом, и поиск путей коррекции нарушений — это актуальные задачи фундаментальной и клинической медицины. Настоящая работа сфокусирована на исследовании участия молекулярных факторов врожденного иммунитета, представленных в кишечнике, а именно антимикробных пептидов, секретируемых клетками кишечного эпителия, в ответе на стрессорное воздействие.

Цель — оценка экспрессии генов ряда антимикробных пептидов — α- и β-дефенсинов кишечника лабораторных животных (крыс) при хроническом стрессе.

Материалы и методы. Для реализации стрессорного воздействия использована модель хронического стресса у крыс, включающая ежедневное принудительное плавание лабораторных животных в холодной воде. Экспрессию генов α- и β-дефенсинов оценивали с помощью полимеразной цепной реакции в режиме реального времени.

Результаты. В результате проведенного исследования установлено повышение уровня экспрессии генов α-дефенсина-5 и β-дефенсина-3 крысы в ответ на хронический стресс, тогда как экспрессия гена β-дефенсина-2 по сравнению с контролем не изменялась.

Заключение. Учитывая, что изменение концентрации и спектра пептидов, обладающих антимикробной активностью, под влиянием продолжительно действующего стресса может вносить вклад в изменение состава кишечной микробиоты, полученные данные позволяют расширить наши представления о молекулярных основах патогенеза заболеваний, связанных с нарушением состава микробиоты при стрессе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Алексей Викторович Бережной

Институт экспериментальной медицины

Email: aleksey.berezhnoy@pharminnotech.com
ORCID iD: 0009-0007-0288-3643

аспирант

Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12

Ирина Алексеевна Янкелевич

Институт экспериментальной медицины

Email: irinkab@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-9982-1006
SPIN-код: 9249-6844

канд. биол. наук, старший научный сотрудник

Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12

Галина Матвеевна Алешина

Институт экспериментальной медицины

Email: galina_aleshina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2886-7389
SPIN-код: 4479-0630

доктор биол. наук, доцент, заведующая лабораторией

Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12

Ольга Валерьевна Шамова

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: oshamova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5168-2801
SPIN-код: 2913-4726
Scopus Author ID: 6603643804
ResearcherId: F-6743-2013

доктор биол. наук, чл.-корр. РАН, заведующая отделом

Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12

Список литературы

  1. Ouellette A.J. Defensin-mediated innate immunity in the small intestine // Best Pract. Res. Clin. Gastroenterol. 2004. Vol. 18. P. 405–419. doi: 10.1016/j.bpg.2003.10.010
  2. Wehkamp J., Wang G., Kübler I. et al. The Paneth cell alpha-defensin deficiency of ileal Crohn’s disease is linked to Wnt/Tcf-4 // J. Immunol. 2007. Vol. 179. P. 3109–3118. doi: 10.4049/jimmunol.179.5.3109
  3. Wilson C.L., Ouellette A.J., Satchell D.P. et al. Regulation of intestinal α-defensin activation by the metalloproteinase matrilysin in innate host defense // Science. 1999. Vol. 286. P. 113–117. doi: 10.1126/science.286.5437.113
  4. Salzman N.H., Ghosh D., Huttner K.M. et al. Protection against enteric salmonellosis in transgenic mice expressing a human intestinal defensin // Nature. 2003. Vol. 422. P. 522–526. doi: 10.1038/nature01520
  5. Young V.B. The role of the microbiome in human health and disease: an introduction for clinicians // BMJ. 2017. Vol. 356. P. j831. doi: 10.1136/bmj.j831
  6. Shreiner A.B., Kao J.Y., Young V.B. The gut microbiome in health and in disease // Curr. Opin. Gastroenterol. 2015. Vol. 31, No. 1. P. 69–75. doi: 10.1097/MOG.0000000000000139
  7. Valdes A.M., Walter J., Segal E., Spector T.D. Role of the gut microbiota in nutrition and health // BMJ. 2018. Vol. 361. P. k2179. doi: 10.1136/bmj.k2179
  8. Pittayanon R., Lau J.T., Yuan Y. et al. Gut microbiota in patients with irritable bowel syndrome – a systematic review // Gastroenterology. 2019. Vol. 157, No. 1. P. 97–108. doi: 10.1053/j.gastro.2019.03.049
  9. Menees S., Chey W. The gut microbiome and irritable bowel syndrome // F1000Res. 2018. Vol. 7. P. F1000 Faculty Rev-1029. doi: 10.12688/f1000research.14592.1
  10. Sharma S., Tripathi P. Gut microbiome and type 2 diabetes: where we are and where to go? // J. Nutr. Biochem. 2019. Vol. 63. P. 101–108. doi: 10.1016/j.jnutbio.2018.10.003
  11. Das T., Jayasudha R., Chakravarthy S. et al. Alterations in the gut bacterial microbiome in people with type 2 diabetes mellitus and diabetic retinopathy // Sci. Rep. 2021. Vol. 11, No 1. P. 2738. doi: 10.1038/s41598-021-82538-0
  12. Kirby T.O., Ochoa-Repáraz J. The gut microbiome in multiple sclerosis: a potential therapeutic avenue // Med. Sci. (Basel). 2018. Vol. 6, No 3. P. 69. doi: 10.3390/medsci6030069
  13. Boziki M.K., Kesidou E., Theotokis P. et al. Microbiome in multiple sclerosis; where are we, what we know and do not know // Brain Sci. 2020. Vol. 10, No. 4. P. 234. doi: 10.3390/brainsci10040234
  14. Baldini F., Hertel J., Sandt E. et al. Parkinson’s disease-associated alterations of the gut microbiome predict disease-relevant changes in metabolic functions // BMC Biol. 2020. Vol. 18, No. 1. P. 62. doi: 10.1186/s12915-020-00775-7
  15. Mayer E.A., Knight R., Mazmanian S.K. et al. Gut microbes and the brain: paradigm shift in neuroscience // J. Neurosci. 2014. Vol. 34, No. 46. P. 15490–15496. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3299-14.2014
  16. Mukherjee S., Hooper L.V. Antimicrobial defense of the intestine // Immunity. 2015. Vol. 42, No. 1. P. 28–39. doi: 10.1016/j.immuni.2014.12.028
  17. Muniz L.R., Knosp C., Yeretssian G. Intestinal antimicrobial peptides during homeostasis, infection, and disease // Front. Immunol. 2012. Vol. 3. P. 310. doi: 10.3389/fimmu.2012.00310
  18. Sankaran-Walters S., Hart R., Dills C. Guardians of the gut enteric defensins // Front. Microbiol. 2017. Vol. 8. P. 647. doi: 10.3389/fmicb.2017.00647
  19. Schroeder B.O., Ehmann D., Precht J.C. et al. Paneth cell α-defensin 6 (HD-6) is an antimicrobial peptide // Mucosal Immunol. 2015. Vol. 8, No. 3. P. 661–671. doi: 10.1038/mi.2014.100
  20. Wilson S.S., Wiens M.E., Holly M.K. et al. Defensins at the mucosal surface: latest insights into defensin-virus interactions // J. Virol. 2016. Vol. 90, No. 11. P. 5216–5218. doi: 10.1128/JVI.00904-15
  21. Park M.S., Kim J.I., Lee I. et al. Towards the application of human defensins as antivirals // Biomol. Ther. (Seoul). 2018. Vol. 26, No. 3. P. 242–254. doi: 10.4062/biomolther.2017.172
  22. Harvey L., Kohlgraf K., Mehalick L. et al. Defensin DEFB103 bidirectionally regulates chemokine and cytokine responses to a pro-inflammatory stimulus // Sci. Rep. 2013. Vol. 3. P. 1232. doi: 10.1038/srep01232
  23. Agier J., Efenberger M., Brzezińska-Błaszczyk E. Cathelicidin impact on inflammatory cells // Cent. Eur. J. Immunol. 2015. Vol. 40, No. 2. P. 225–235. doi: 10.5114/ceji.2015.51359
  24. Янкелевич И.А., Филатенкова Т.А., Шустов М.В. Влияние хронического эмоционально-хронического стресса на показатели нейроэндокринной и иммунной систем // Медицинский академический журнал. 2019. T. 19, № 1. С. 85–90. doi: 10.17816/MAJ19185-90
  25. Gruver A.L., Sempowski G.D. Cytokines, leptin, and stress-induced thymic atrophy // J. Leukoc. Biol. 2008. Vol. 84, No. 4. P. 915–923. doi: 10.1189/jlb.0108025
  26. Булгакова О.С., Баранцева В.И. Общий клинический анализ крови как метод определения постстрессорной реабилитации // Успехи современного естествознания. 2009. № 6. С. 22–27.
  27. Киселева Н.М., Кузьменко Л.Г., Нкане Нзола М.М. Стресс и лимфоциты // Педиатрия. Журнал им. Г.Н. Сперанского. 2012. Т. 91, № 1. С. 137–143.
  28. Swan M.P., Hickman D.L. Evaluation of the neutrophil-lymphocyte ratio as a measure of distress in rats // Lab. Animal. 2014. Vol. 43. P. 276–282. doi: 10.1038/laban.529
  29. Nishitani N., Sakakibara H. Association of psychological stress response of fatigue with white blood cell count in male daytime workers // Ind. Health. 2014. Vol. 52, No. 6. P. 531–534. doi: 10.2486/indhealth.2013-0045
  30. Mallampali R.K., Wang G., Wiles K. et al. Molecular cloning and characterization of rat genes encoding homologues of human beta-defensins // Infect. Immun. 1999. Vol. 67, No. 9. P. 4827–4833. doi: 10.1128/IAI.67.9.4827-4833.1999
  31. Inaba Y., Ashida T., Ito T. et al. Expression of the antimicrobial peptide alpha-defensin/cryptdins in intestinal crypts decreases at the initial phase of intestinal inflammation in a model of inflammatory bowel disease, IL-10-deficient mice // Inflamm. Bowel Dis. 2010. Vol. 16, No. 9. P. 1488–1495. doi: 10.1002/ibd.21253
  32. Mathew B., Nagaraj R. Antimicrobial activity of human α-defensin 5 and its linear analogs: N-terminal fatty acylation results in enhanced antimicrobial activity of the linear analogs // Peptides. 2015. Vol. 71. P. 128–140. doi: 10.1016/j.peptides.2015.07.009
  33. Aoki-Yoshida A., Aoki R., Moriya N. et al. Omics studies of the murine intestinal ecosystem exposed to subchronic and mild social defeat stress // J. Proteome Res. 2016. Vol. 15, No. 9. P. 3126–3138. doi: 10.1021/acs.jproteome.6b00262
  34. Estienne M., Claustre J., Clain-Gardechaux G. et al. Maternal deprivation alters epithelial secretory cell lineages in rat duodenum: role of CRF-related peptides // Gut. 2010. Vol. 59. P. 744–751. doi: 10.1136/gut.2009.190728
  35. uniprot.org [электронный ресурс]. Q32ZI4 · DEFB3_RAT. Режим доступа: https://www.uniprot.org/uniprot/Q32ZI4. Дата обращения: 22.11.2023
  36. Su K.H., Dai C. mTORC1 senses stresses: Coupling stress to proteostasis // Bioessays. 2017. Vol. 39, No. 5. P. 10.1002/bies.201600268. doi: 10.1002/bies.201600268
  37. Tang Z., Shi B., Sun W. et al. Tryptophan promoted β-defensin-2 expression via the mTOR pathway and its metabolites: kynurenine banding to aryl hydrocarbon receptor in rat intestine // RSC Adv. 2020. Vol. 10, No. 6. P. 3371–3379. doi: 10.1039/c9ra10477a
  38. Radek K.A. Antimicrobial anxiety: the impact of stress on antimicrobial immunity // J. Leukoc. Biol. 2010. Vol. 88, No. 2. P. 263–277. doi: 10.1189/jlb.1109740
  39. Aberg K.M., Radek K.A., Choi E.H. Psychological stress downregulates epidermal antimicrobial peptide expression and increases severity of cutaneous infections in mice // J. Clin. Invest. 2007. Vol. 117, No. 11. P. 3339–3349. doi: 10.1172/JCI31726
  40. Sugi Y., Takahashi K., Kurihara K. et al. α-Defensin 5 gene expression is regulated by gut microbial metabolites // Biosci. Biotech. Biochem. 2017. Vol. 81, No. 2. P. 242–248. doi: 10.1080/09168451.2016.1246175

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Масса тимуса (а) и доля нейтрофильных гранулоцитов в крови (b) лабораторных крыс экспериментальной группы (стресс), подвергавшихся хроническому стрессорному воздействию, и интактных животных (контроль). * Различия с контрольной группой достоверны, U-критерий Манна – Уитни (p < 0,05), n = 8

Скачать (98KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Относительный уровень экспрессии генов DEFB2 (а), DEFА24 (b), DEFB3 (с) в клетках эпителия подвздошной кишки у крыс, подвергшихся хроническому стрессорному воздействию (модель ежедневного принудительного плавания в холодной воде), и у интактных животных (контроль). *Р азличия с контрольной группой достоверны, U-критерий Манна – Уитни (p < 0,05), n = 8

Скачать (152KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 74760 от 29.12.2018 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах