БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 5, с. 692–703

УДК 577.214.43

Гипоксия как фактор регуляции экспрессии генов apoA-1, ABCA1 и компонента комплемента С3 в макрофагах человека*

© 2019 А.М. Богомолова 1,2, В.С. Шавва 2, А.А. Никитин 1,2, Е.В. Некрасова 2, Э.Б. Диже 2, Е.Е. Ларионова 2, И.В. Кудрявцев 2, С.В. Орлов 1,2**

1 Санкт-Петербургский государственный университет, 199034 Санкт-Петербург, Россия; электронная почта: s.orlov@spbu.ru, serge@iem.sp.ru

2 Институт экспериментальной медицины, 197376 Санкт-Петербург, Россия

Поступила в редакцию 10.12.2018
После доработки 29.01.2019
Принята к публикации 29.01.2019

DOI: 10.1134/S0320972519050075

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: атеросклероз, гипоксия, макрофаги, THP-1, ген apoA-1, ген ABCA1, ген С3.

Аннотация

Гипоксия играет важную роль в прогрессии атеросклероза. Локальное снижение концентрации кислорода в бляшке создает специфическое микроокружение, изменяющее траснкриптом клеток-резидентов, в частности макрофагов. Одним из путей регрессии атеросклероза является обратный транспорт холестерина из бляшки в печень. Главные участники этого процесса — АТР-связывающий кассетный транспортер А1 (АВСА1), экспрессирующийся на поверхности всех типов клеток, и аполипопротеин А-1 (АроА-1), синтез которого происходит главным образом в печени и тонком кишечнике. Недавно была показана экспрессия эндогенного АроА-1 в макрофагах человека. В то время как функции АВСА1 и АроА-1 являются атеропротекторными, роль компонента комплемента С3 спорна. Показана положительная корреляция между уровнем C3 в плазме крови и риском развития сердечно-сосудистых заболеваний у человека. С другой стороны, нокаут по гену C3 в модели атеросклероза на мышах приводит к развитию более крупных бляшек и повышению уровня триглицеридов в крови. В настоящей работе впервые показана активация экспрессии генов aроА-1 и С3, а также повышение содержания внутриклеточного и поверхностного белка АроА-1 в макрофагах ТНР-1 при ответе на гипоксию, вызванную СоCl2. Выявлен механизм СoCl2-зависимого повышения уровней мРНК apoA-I, АВСА-1 и С3 — в активацию генов вовлечены сигнальные каскады MEK1/2–Erk1/2, MKK4/7–JNK1/2/3 и MKK3/6–p38, а также транскрипционный фактор NF-κB, работающий в кооперации с HIF-1α-субъединицей регулятора адаптации к гипоксии HIF-1.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM18-346, 01.04.2019.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 17-15-01326; исследования регуляции экспрессии генов ABCA1 и С3 в условиях гипоксии; рис. 1 и 2; рис. 3, б; рис. 5, а, б) и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-04-01947; исследование экспрессии гена apoA-1; рис. 3, а, в; рис. 4; рис. 5, в).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей и использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Heo, K.-S., Fujiwara, K., and Abe, J. (2014) Shear stress and atherosclerosis, Mol. Cells, 37, 435–440, doi: 10.14348/molcells.2014.0078.

2. Bonomini, F., Tengattini, S., Fabiano, A., Bianchi, R., and Rezzani, R. (2008) Atherosclerosis and oxidative stress, Histol. Histopathol., 23, 381–390, doi: 10.14670/HH-23.381.

3. Fong, G.-H. (2015) Potential contributions of intimal and plaque hypoxia to atherosclerosis, Curr. Atheroscler. Rep., 17, 32–41, doi: 10.1007/s11883-015-0510-0.

4. Parathath, S., Mick, S.L., Feig, J.E., Joaquin, V., Grauer, L., Habiel, D.M., Gassmann, M., Gardner, L.B., and Fisher, E.A. (2011) Hypoxia is present in murine atherosclerotic plaques and has multiple adverse effects on macrophage lipid metabolism, Circ. Res., 109, 1141–1152, doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.246363.

5. Epstein, A.C., Gleadle, J.M., McNeill, L.A. Hewitson, K.S., O’Rourke, J., Mole, D.R., Mukherji, M., Metzen, E., Wilson, M.I., Dhanda, A., Tian, Y.M., Masson, N., Hamilton, D.L., Jaakkola, P., Barstead, R., Hodgkin, J., Maxwell, P.H., Pugh, C.W., Schofield, C.J., and Ratcliffe, P.J. (2001) C. elegans EGL-9 and mammalian homologs define a family of dioxygenases that regulate HIF by prolyl hydroxylation, Cell, 107, 43–54, doi: 10.1016/S0092-8674(01)00507-4.

6. Hirani, N., Antonicelli, F., Strieter, R.M., Wiesener, M.S., Ratcliffe, P.J., Haslett, C., and Donnelly, S.C. (2001) The regulation of interleukin-8 by hypoxia in human macrophages – a potential role in the pathogenesis of the acute respiratory distress syndrome (ARDS), Mol. Med. Camb. Mass, 7, 685–697.

7. Murdoch, C., Muthana, M., and Lewis, C.E. (2005) Hypoxia regulates macrophage functions in inflammation, J. Immunol., 175, 6257–6263, doi: 10.4049/jimmunol.175.10.6257.

8. Mogilenko, D.A., Orlov, S.V., Trulioff, A.S., Ivanov, A.V., Nagumanov, V.K., Kudriavtsev, I.V., Shavva, V.S., Tanyanskiy, D.A., and Perevozchikov, A.P. (2012) Endogenous apolipoprotein A-I stabilizes ATP-binding cassette transporter A1 and modulates Toll-like receptor 4 signaling in human macrophages, FASEB J., 26, 2019–2030, doi: 10.1096/fj.11-193946.

9. Shavva, V.S., Mogilenko, D.A., Nekrasova, E.V., Trulioff, A.S., Kudriavtsev, I.V., Larionova, E.E., Babina, A.V., Dizhe, E.B., Missyul, B.V., and Orlov, S.V. (2018) Tumor necrosis factor alpha stimulates endogenous apolipoprotein A-I expression and secretion by human monocytes and macrophages: role of MAP-kinases, NF-κB, and nuclear receptors PPARα and LXRs, Mol. Cell. Biochem., 448, 211–223, doi: 10.1007/s11010-018-3327-7.

10. Speidl, W.S., Kastl, S.P., Huber, K., and Wojta, J. (2011) Complement in atherosclerosis: friend or foe? J. Thromb. Haemost., 9, 428–440, doi: 10.1111/j.1538-7836.2010.04172.x.

11. Hertle, E., van Greevenbroek, M.M., Arts, I.C., van der Kallen, C.J., Geijselaers, S.L., Feskens, E.J., Jansen, E.H., Schalkwijk, C.G., and Stehouwer, C.D. (2014) Distinct associations of complement C3a and its precursor C3 with atherosclerosis and cardiovascular disease. The CODAM study, Thromb. Haemost., 111, 1102–1111, doi: 10.1160/TH13-10-0831.

12. Binder, C.J., Chang, M.-K., Shaw, P.X., Miller, Y.I., Hartvigsen, K., Dewan, A., and Witztum, J.L. (2002) Innate and acquired immunity in atherogenesis, Nat. Med., 8, 1218–1226, doi: 10.1038/nm1102-1218.

13. Samstad, E.O., Niyonzima, N., Nymo, S., Aune, M.H., Ryan, L., Bakke, S.S., Lappegard, K.T., Brekke, O.-L., Lambris, J.D., Damas, J.K., Latz, E., Mollnes, T.E., and Espevik, T. (2014) Cholesterol crystals induce complement-dependent inflammasome activation and cytokine release, J. Immunol., 192, 2837–2845, doi: 10.4049/jimmunol.1302484.

14. Buono, C., Come, C.E., Witztum, J.L., Maguire, G.F., Connelly, P.W., Carroll, M., and Lichtman, A.H. (2002) Influence of C3 deficiency on atherosclerosis, Circulation, 105, 3025–3031.

15. Persson, L., Boren, J., Robertson, A.-K., Wallenius, V., Hansson, G.K., and Pekna, M. (2004) Lack of complement factor C3, but not factor B, increases hyperlipidemia and atherosclerosis in apolipoprotein E–/– low-density lipoprotein receptor–/– mice, Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 24, 1062–1067, doi: 10.1161/01.ATV.0000127302.24266.40.

16. Amarilyo, G., Verbovetski, I., Atallah, M., Grau, A., Wiser, G., Gil, O., Ben-Neriah, Y., and Mevorach, D. (2010) iC3b-opsonized apoptotic cells mediate a distinct anti-inflammatory response and transcriptional NF-κB-dependent blockade, Eur. J. Immunol., 40, 699–709, doi: 10.1002/eji.200838951.

17. McVicar, J.P., Kunitake, S.T., Hamilton, R.L., and Kane, J.P. (1984) Characteristics of human lipoproteins isolated by selected-affinity immunosorption of apolipoprotein A-I, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81, 1356–1360.

18. Mogilenko, D.A., Kudriavtsev, I.V., Trulioff, A.S., Shavva, V.S., Dizhe, E.B., Missyul, B.V., Zhakhov, A.V., Ischenko, A.M., Perevozchikov, A.P., and Orlov, S.V. (2012) Modified low density lipoprotein stimulates complement C3 expression and secretion via liver X receptor and toll-like receptor 4 activation in human macrophages, J. Biol. Chem., 287, 5954–5968, doi: 10.1074/jbc.M111.289322.

19. Orlov, S.V., Mogilenko, D.A., Shavva, V.S., Dizhe, E.B., Ignatovich, I.A., and Perevozchikov, A.P. (2010) Effect of TNFα on activities of different promoters of human apolipoprotein A-I gene, Biochem. Biophys. Res. Commun., 398, 224–230, doi: 10.1016/j.bbrc.2010.06.064.

20. Mogilenko, D.A., Shavva, V.S., Dizhe, E.B., Orlov, S.V., and Perevozchikov, A.P. (2010) PPARγ activates ABCA1 gene transcription but reduces the level of ABCA1 protein in HepG2 cells, Biochem. Biophys. Res. Commun., 402, 477–482, doi: 10.1016/j.bbrc.2010.10.053.

21. Mogilenko, D.A., Kudriavtsev, I.V., Shavva, V.S., Dizhe, E.B., Vilenskaya, E.G., Efremov, A.M., Perevozchikov, A.P., and Orlov, S.V. (2013) Peroxisome proliferator-activated receptor alpha positively regulates complement C3 expression but inhibits TNFα-mediated activation of C3 gene in mammalian hepatic derived cells, J. Biol. Chem., 288, 1726–1738, doi: 10.1074/jbc.M112.437525.

22. Vengellur, A., and LaPres, J.J. (2004) The role of hypoxia inducible factor 1α in cobalt chloride induced cell death in mouse embryonic fibroblasts, Toxicol. Sci., 82, 638–646, doi: 10.1093/toxsci/kfh278.

23. Rydberg, E.K., Salomonsson, L., Hulten, L. M., Noren, K., Bondjers, G., Wiklund, O., Bjornheden, T., and Ohlsson, B.G. (2003) Hypoxia increases 25-hydroxycholesterol-induced interleukin-8 protein secretion in human macrophages, Atherosclerosis, 170, 245–252, doi: 10.1016/S0021-9150(03)00302-2.

24. Schmitz, G., and Langmann, T. (2005) Transcriptional regulatory networks in lipid metabolism control ABCA1 expression, Biochim. Biophys. Acta, 1735, 1–19, doi: 10.1016/j.bbalip.2005.04.004.

25. Marsch, E., Sluimer, J.C., and Daemen, M.J. (2013) Hypoxia in atherosclerosis and inflammation, Curr. Opin. Lipidol., 24, 393–400, doi: 10.1097/MOL.0b013e32836484a4.

26. Li, R.C., Haribabu, B., Mathis, S.P., Kim, J., and Gozal, D. (2011) Leukotriene B4 receptor-1 mediates intermittent hypoxia-induced atherogenesis, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 184, 124–131, doi: 10.1164/rccm.201012-2039OC.

27. Ortiz-Masia, D., Diez, I., Calatayud, S., Hernandez, C., Cosin-Roger, J., Hinojosa, J., Esplugues, J.V., and Barrachina, M.D. (2012) Induction of CD36 and thrombospondin-1 in macrophages by hypoxia-inducible factor 1 and its relevance in the inflammatory process, PLoS One, 7, e48535, doi: 10.1371/journal.pone.0048535.

28. Fuhrmann, D.C., Tausendschon, M., Wittig, I., Steger, M., Ding, M.G., Schmid, T., Dehne, N., and Brune, B. (2015) Inactivation of tristetraprolin in chronic hypoxia provokes the expression of cathepsin B, Mol. Cell. Biol., 35, 619–630, doi: 10.1128/MCB.01034-14.

29. Li, Q., Yu, B., and Yang, P. (2015) Hypoxia-induced HMGB1 in would tissues promotes the osteoblast cell proliferation via activating ERK/JNK signaling, Int. J. Clin. Exp. Med., 8, 15087–15097.

30. Chiu, C.-Z., Wang, B.-W., and Shyu, K.-G. (2014) Angiotensin II and the JNK pathway mediate urotensin II expression in response to hypoxia in rat cardiomyocytes, J. Endocrinol., 220, 233–246, doi: 10.1530/JOE-13-0261.

31. Zhang, J., Liu, Q., Fang, Z., Hu, X., Huang, F., Tang, L., and Zhou, S. (2016) Hypoxia induces the proliferation of endothelial progenitor cells via upregulation of Apelin/APLNR/MAPK signaling, Mol. Med. Rep., 13, 1801–1806, doi: 10.3892/mmr.2015.4691.

32. Wu, Y., Yang, Y., Yang, P., Gu, Y., Zhao, Z., Tan, L., Zhao, L., Tang, T., and Li, Y. (2013) The osteogenic differentiation of PDLSCs is mediated through MEK/ERK and p38 MAPK signalling under hypoxia, Arch. Oral Biol., 58, 1357–1368, doi: 10.1016/j.archoralbio.2013.03.011.

33. Mayr, M., Sidibe, A., and Zampetaki, A. (2008) The paradox of hypoxic and oxidative stress in atherosclerosis, J. Am. Coll. Cardiol., 51, 1266–1267, doi: 10.1016/j.jacc.2008.01.005.

34. Strehl, C., Fangradt, M., Fearon, U., Gaber, T., Buttgereit, F., and Veale, D.J. (2014) Hypoxia: how does the monocytemacrophage system respond to changes in oxygen availability? J. Leukoc. Biol., 95, 233–241, doi: 10.1189/jlb.1212627.

35. Taylor, C.T., and Cummins, E.P. (2009) The role of NF-κB in hypoxia-induced gene expression, Ann. N. Y. Acad. Sci., 1177, 178–184, doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.05024.x.

36. Walmsley, S.R., Print, C., Farahi, N., Peyssonnaux, C., Johnson, R.S., Cramer, T., Sobolewski, A., Condliffe, A.M., Cowburn, A.S., Johnson, N., and Chilvers, E.R. (2005) Hypoxia-induced neutrophil survival is mediated by HIF-1α-dependent NF-κB activity, J. Exp. Med., 201, 105–115, doi: 10.1084/jem.20040624.

37. Cummins, E.P., Berra, E., Comerford, K.M., Ginouves, A., Fitzgerald, K.T., Seeballuck, F., Godson, C., Nielsen, J.E., Moynagh, P., Pouyssegur, J., and Taylor, C.T. (2006) Prolyl hydroxylase-1 negatively regulates IкB kinase-β, giving insight into hypoxia-induced NF-кB activity, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 18154–18159, doi: 10.1073/pnas.0602235103.

38. Gerbod-Giannone, M.-C., Li, Y., Holleboom, A., Han, S., Hsu, L.-C., Tabas, I., and Tall, A.R. (2006) TNFα induces ABCA1 through NF-κB in macrophages and in phagocytes ingesting apoptotic cells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 3112–3117, doi: 10.1073/pnas.0510345103.

39. Moon, M.R., Parikh, A.A., Pritts, T.A., Fischer, J.E., Cottongim, S., Szabo, C., Salzman, A.L., and Hasselgren, P.O. (1999) Complement component C3 production in IL-1β-stimulated human intestinal epithelial cells is blocked by NF-κB inhibitors and by transfection with ser 32/36 mutant IκBα, J. Surg. Res., 82, 48–55, doi: 10.1006/jsre.1998.5503.

40. Sang, N., Stiehl, D. P., Bohensky, J., Leshchinsky, I., Srinivas, V., and Caro, J. (2003) MAPK signaling up-regulates the activity of hypoxia-inducible factors by its effects on p300, J. Biol. Chem., 278, 14013–14019, doi: 10.1074/jbc.M209702200.

41. Mylonis, I., Chachami, G., Samiotaki, M., Panayotou, G., Paraskeva, E., Kalousi, A., Georgatsou, E., Bonanou, S., and Simos, G. (2006) Identification of MAPK phosphorylation sites and their role in the localization and activity of hypoxia-inducible factor-1α, J. Biol. Chem., 281, 33095–33106, doi: 10.1074/jbc.M209702200.

42. Zampetaki, A., Mitsialis, S. A., Pfeilschifter, J., and Kourembanas, S. (2004) Hypoxia induces macrophage inflammatory protein-2 (MIP-2) gene expression in murine macrophages via NF-κB: the prominent role of p42/p44 and PI3 kinase pathways, FASEB J., 18, 1090–1092, doi: 10.1096/fj.03-0991fje.

43. Haddad, J.J., and Hanbali, L.B. (2014) Hypoxia upregulates MAPK(p38)/MAPK(ERK) phosphorylation in vitro: neuroimmunological differential time-dependent expression of MAPKs, Protein Pept. Lett., 21, 444–451, doi: 10.2174/092986652105140218112521.

44. Snodgrass, R.G., Boss, M., Zezina, E., Weigert, A., Dehne, N., Fleming, I., Brune, B., and Namgaladze, D. (2016) Hypoxia potentiates palmitate-induced pro-inflammatory activation of primary human macrophages, J. Biol. Chem., 291, 413–424, doi: 10.1074/jbc.M115.686709.

45. Shavva, V.S., Bogomolova, A.M., Nikitin, A.A., Dizhe, E.B., Tanyanskiy, D.A., Efremov, A.M., Oleinikova, G.N., Perevozchikov, A.P., and Orlov, S.V. (2017) Insulin-mediated downregulation of apolipoprotein A-I gene in human hepatoma cell line HepG2: the role of interaction between FOXO1 and LXRβ transcription factors, J. Cell. Biochem., 118, 382–396, doi: 10.1002/jcb.25651.

46. Shavva, V.S., Bogomolova, A.M., Nikitin, A.A., Dizhe, E.B., Oleinikova, G.N., Lapikov, I.A., Tanyanskiy, D.A., Perevozchikov, A.P., and Orlov, S.V. (2017) FOXO1 and LXRα downregulate the apolipoprotein A-I gene expression during hydrogen peroxide-induced oxidative stress in HepG2 cells, Cell Stress Chaperones, 22, 123–134, doi: 10.1007/s12192-016-0749-6.

47. Ishiguro, H., Yoshida, H., Major, A.S., Zhu, T., Babaev, V.R., Linton, M.F., and Fazio, S. (2001) Retrovirus-mediated expression of apolipoprotein A-I in the macrophage protects against atherosclerosis in vivo, J. Biol. Chem., 276, 36742–36748, doi: 10.1074/jbc.M106027200.

48. Pagler, T.A., Wang, M., Mondal, M., Murphy, A.J., Westerterp, M., Moore, K.J., Maxfield, F.R., and Tall, A.R. (2011) Deletion of ABCA1 and ABCG1 impairs macrophage migration because of increased Rac1 signaling, Circ. Res., 108, 194–200, doi: 10.1161/CIRCRESAHA.110.228619.