БИОХИМИЯ, 2022, том 87, вып. 6, с. 804–815

УДК 571.27; 612.112.3.0.062;612.112.91

Участие MAPK и PI3K в регуляции секреции цитокинов мононуклеарными клетками периферической крови в ответ на комбинацию ЛПС Escherichia coli и rDer p 2

© 2022 А.А. Морозова 1,2*honorikvudi@mail.ru, Н.И. Косякова 1, И.Р. Прохоренко 2

Федеральное государственное автономное учреждение здравоохранения Больница Пущинского научного центра Российской академии наук, 142290 Пущино, Московская обл., Россия

Институт фундаментальных проблем биологии – обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук», 142290 Пущино, Московская обл., Россия

Поступила в редакцию 10.11.2021
После доработки 15.05.2022
Принята к публикации 18.05.2022

DOI: 10.31857/S0320972522060082

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: PBMC, p38 MAPK, MEK 1/2, PI3K, Der p 2, липополисахариды, цитокины.

Аннотация

Поиск эффективных подходов к терапии острых воспалений, вызванных сочетанием аллергенов и инфекционных агентов, является важной задачей мирового здравоохранения. Клещи домашней пыли Dermatophagoides pteronyssinus – источник аллергенов групп Der p и переносчик бактериальных соединений, в частности, липополисахаридов (ЛПС). ЛПС и Der p 2 вызывают секрецию провоспалительных цитокинов с участием киназ p38 MAPK, MEK 1/2 и PI3K. Участие указанных киназ в регуляции ответа клеток на комбинацию ЛПС и Der p 2 недостаточно исследовано. Мы оценивали влияние ингибирования киназ (p38 MAPK, MEK 1/2 и PI3K) на синтез цитокинов (ФНО, ИЛ‑8 и ИЛ‑6) при активации мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC) здоровых добровольцев ЛПС E. coli и rDer p 2. Нами была выявлена зависимость вклада киназ в регуляцию ответа клеток от природы агента (rDer p 2 и/или ЛПС). Мы обнаружили, что p38 MAPK играет ключевую роль в синтезе ФНО PBMC в ответ на комбинацию ЛПС и rDer p 2. MEK 1/2-зависимый сигнальный путь является основным для синтеза ФНО и ИЛ‑8 в ответ на ЛПС и rDer p 2. PI3K-зависимая передача сигналов негативно регулирует продукцию ФНО во время активации клеток rDer p 2, но не участвует в ответе на комбинацию ЛПС и rDer p 2. PI3K-зависимая передача сигналов в регуляции синтеза цитокинов PBMC наиболее выражена в ответ на их активацию rDer p 2. Понимание особенностей ответов иммунных клеток на комбинации воспалительных агентов облегчит поиск новых внутриклеточных мишеней в противовоспалительной терапии.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Благодарности

Авторы выражают свою благодарность сотрудникам БПНЦ РАН Акимовой Ольге Николаевне (за забор биоматериала для обследования) и Банниковой Надежде Павловне (за помощь в организации исследования).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в финансовой или какой-либо иной сфере.

Соблюдение этических норм

Все процедуры, выполненные в исследованиях с участием людей, соответствуют этическим стандартам Национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 года и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики, были одобрены Локальным этическим комитетом Больницы научного центра Пущино (№ 2 от 10.04.2014). От каждого из добровольцев было получено информированное согласие на участие в исследовании.

Список литературы

1. Thomas, W. R., Hales, B. J., Smith, W. A (2010) House dust mite allergens in asthma and allergy, Trends Mol. Med., 16, 321-328, doi: 10.1016/j.molmed.2010.04.008.

2. Gregory, L. G., and Lloyd, C. M. (2011) Orchestrating house dust mite-associated allergy in the lung, Trends Immunol., 32, 402-411, doi: 10.1016/j.it.2011.06.006.

3. Post, S., Nawijn, M. C., Hackett, T. L., Baranowska, M., Gras, R., et al. (2012) The composition of house dust mite is critical for mucosal barrier dysfunction and allergic sensitization, Thorax, 67, 488-495, doi: 10.1136/thoraxjnl-2011-200606.

4. Reithofer, M., and Jahn-Schmid, B. (2017) Allergens with protease activity from house dust mites, Int. J. Mol. Sci., 18, 1368, doi: 10.3390/ijms18071368

5. Douwes, J., Zuidhof, A., Doekes, G., van der Zee, S. C., Wouters, I., et al. (2000) (1–>3)-beta-D-glucan and endotoxin in house dust and peak flow variability in children, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 162 (4 Pt 1), 1348-1354, doi: 10.1164/ajrccm.162.4.9909118.

6. Jacquet, A. (2013) Innate immune responses in house dust mite allergy, ISRN Allergy, 735031, doi: 10.1155/2013/735031.

7. Keber, M. M., Gradisar, H., and Jerala, R. (2005) MD2 and Der p 2 – a tale of two cousins or distant relatives? J. Endotoxin Res., 11, 186-192, doi: 10.1179/096805105X35206.

8. Cohn, L., Elias, J. A., and Chupp, G. L. (2004) Asthma: Mechanisms of disease persistence and progression, Annu. Rev. Immunol., 22, 789-815, doi: 10.1146/annurev.immunol.22.012703.104716.

9. Liu, C. F., Drocourt, D., Puzo, G., Wang, J. Y., and Riviere, M. (2013) Innate immune response of alveolar macrophage to house dust mite allergen is mediated through TLR2/-4 co-activation, PLoS One, 8, e75983, doi: 10.1371/journal.pone.0075983.

10. Stremnitzer, C., Manzano-Szalai, K., Starkl, P., Willensdorfer, A., Schrom, S., et al. (2014) Epicutaneously applied Der p 2 induces a strong TH 2-biased antibody response in C57BL/6 mice, independent of functional TLR4, Allergy, 69, 741-51, doi: 10.1111/all.12399.

11. Chiou, Y. L., and Lin, C. Y. (2009) Der p 2 activates airway smooth muscle cells in a TLR2/MyD88- dependent manner to induce an inflammatory response, J. Cell. Physiol., 220, 311-318.

12. Yin, S. C., Liao, E. C., Chiu, C. L., Chang, C. Y., and Tsai, J. J. (2015) Der p 2 Internalization by epithelium synergistically augments toll-like receptor-mediated proinflammatory signaling, Allergy Asthma Immunol. Res., 7, 393-403.

13. Liao, E. C., Hsieh, C. W., Chang, C. Y., Yu, S. J., Sheu, M. L., et al. (2015) Enhanced allergic inflammation of Der p 2 affected by polymorphisms of MD2 promoter, Allergy Asthma Immunol. Res., 7, 497-506, doi: 10.4168/aair.2015.7.5.497.

14. Tsai, J. J., Liu, S. H., Yin, S. C., Yang, C. N., Hsu, H. S., et al. (2011) Mite allergen Der-p2 triggers human B lymphocyte activation and Toll-like receptor-4 induction, PLoS One, 6, e23249, doi: 10.1371/journal.pone.0023249.

15. Trompette, A., Divanovic, S., Visintin, A., Blanchard, C., Hegde, R. S., et al. (2009) Allergenicity resulting from functional mimicry of a Toll-like receptor complex protein, Nature, 457, 585-588.

16. Kim, D. H., Choi, E., Lee, J. S., Lee, N. R., Baek, S. Y., et al. (2015) House dust mite allergen regulates constitutive apoptosis of normal and asthmatic neutrophils via toll-like receptor 4, PLoS One, 10, e0125983, doi: 10.1371/journal.pone.0125983

17. Lin, C. H., Lin, H. H., Kuo, C. Y., and Kao, S. H. (2017) Aeroallergen Der p 2 promotes motility of human non-small cell lung cancer cells via toll-like receptor-mediated up-regulation of urokinase-type plasminogen activator and integrin/focal adhesion kinase signaling, Oncotarget, 14, 11316-11328, doi: 10.18632/oncotarget.14514.

18. Wang, W. C., Tsai, J. J., Kuo, C. Y., Chen, H. M., and Kao, S. H. (2011) Non-proteolytic house dust mite allergen, Der p 2, upregulated expression of tight junction molecule claudin-2 associated with Akt/GSK-3β/β-catenin signaling pathway, J. Cell Biochem., 112, 1544-1551, doi: 10.1002/jcb.23067.

19. Lee, N. R., Baek, S. Y., Gu, A., Kim, D. H., Kim, S. Y., et al. (2016) House dust mite allergen suppresses neutrophil apoptosis by cytokine release via PAR2 in normal and allergic lymphocytes, Immunol. Res., 64, 123-132, doi: 10.1007/s12026-015-8730-5.

20. Zhou, B., Weng, G., Huang, Z., Liu, T., and Dai, F. (2018) Arctiin prevents LPS-induced acute lung injury via inhibition of PI3K/AKT signaling pathway in mice, Inflammation, 41, 2129-2135, doi: 10.1007/s10753-018-0856-x.

21. Scherle, P. A., Jones, E. A., Favata, M. F., Daulerio, A. J., Covington, M. B., et al. (1998) Inhibition of MAP kinase kinase prevents cytokine and prostaglandin E2 production in lipopolysaccharide-stimulated monocytes, J. Immunol., 161, 5681-5686.

22. Earl, C. S., An, S. Q., and Ryan, R. P. (2015) The changing face of asthma and its relation with microbes, Trends Microbiol., 23, 408-418.

23. Radzyukevich, Y. V., Kosyakova, N. I., and Prokhorenko, I. R. (2018) Synergistic effect of Dermatophagoides pteronyssinus allergen and Escherichia coli lipopolysaccharide on human blood cells, PLoS One13, e0207311, doi: 10.1371/journal.pone.0207311.

24. Koch, L., Frommhold, D., Buschmann, K., Kuss, N., Poeschl, J., et al. (2014) LPS- and LTA-induced expression of IL-6 and TNF-α in neonatal and adult blood: role of MAPKs and NF-κB, Mediators Inflamm., 283126, doi: 10.1155/2014/283126.

25. Haslett, C., Guthrie, L. A., Kopaniak, M. M., Johnston, R. B., and Henson, P. M. (1985) Modulation of multiple neutrophil functions by preparative methods or trace concentrations of bacterial lipopolysaccharide, Am. J. Pathol., 119, 101-110.

26. Wibowo, H., Harbuwono, D. S., Tahapary, D. L., Kartika, R., Pradipta, S., et al. (2021) Impact of sodium butyrate treatment in LPS-stimulated peripheral blood mononuclear cells of poorly controlled type 2 DM, Front. Endocrinol. (Lausanne), 12, 652942, doi: 10.3389/fendo.2021.652942.

27. Jansky, L., Reymanova, P., and Kopecky, J. (2003) Dynamics of cytokine production in human peripheral blood mononuclear cells stimulated by LPS or infected by Borrelia, Physiol. Res., 52, 593-598.

28. Schildberger, A., Rossmanith, E., Eichhorn, T., Strassl, K., and Weber, V. (2013) Monocytes, peripheral blood mononuclear cells, and THP-1 cells exhibit different cytokine expression patterns following stimulation with lipopolysaccharide, Mediators Inflamm., 2013, 697972, doi: 10.1155/2013/697972.

29. Park, B. S., Lee, N. R., Kim, M. J., Kim, S. Y., and Kim, I. S. (2015) Interaction of Der p 2 with Toll-like receptor 4 and its effect on cytokine secretion, Biomed. Sci. Lett., 21, 152-159.

30. Matera, G., Quirino, A., Giancotti, A., Pulicari, M. C., Rametti, L., et al. (2012) Procalcitonin neutralizes bacterial LPS and reduces LPS-induced cytokine release in human peripheral blood mononuclear cells, BMC Microbiol., 12, 68, doi: 10.1186/1471-2180-12-68.

31. Pei, Z., and Wang, J. (2014) Propofol attenuates LPS-induced tumor necrosis factor-α, interleukin-6 and nitric oxide expression in canine peripheral blood mononuclear cells possibly through down-regulation of nuclear factor (NF)-κB activation, J. Vet. Med. Sci., 77, 139-145, doi: 10.1292/jvms.14-0212

32. Kim, I. S., Lee, N. R., and Lee, J. S. (2016) Suppressive effect of Der p 2 on constitutive neutrophil apoptosis by cytokine secretion of normal and allergic lymphocytes, Kor. J. Clin. Lab. Sci., 48, 102-108.

33. Kumar, S., Boehm, J., and Lee, J. C. (2003) p38 MAP kinases: key signalling molecules as therapeutic targets for inflammatory diseases, Nat. Rev. Drug Discov., 2, 717.

34. Simon, C., Hicks, M. J., Nemechek, A. J., Mehta, R., O’Malley, B. W. Jr., Goepfert, H., et al. (1999) PD 098059, an inhibitor of ERK1 activation, attenuates the in vivo invasiveness of head and neck squamous cell carcinoma, Br. J. Cancer, 80, 1412-1419, doi: 10.1038/sj.bjc.6690537.

35. Brunn, G. J., Williams, J., Sabers, C., Wiederrecht, G., Lawrence, J. C. Jr., et al. (1996) Direct inhibition of the signaling functions of the mammalian target of rapamycin by the phosphoinositide 3‐kinase inhibitors, wortmannin and LY294002, EMBO J., 15, 5256-5267.

36. Newton, R., Cambridge, L., Hart, L. A., Stevens, D. A., Lindsay, M. A., et al. (2000) The MAP kinase inhibitors, PD098059, UO126 and SB203580, inhibit IL-1beta-dependent PGE(2) release via mechanistically distinct processes, Br. J. Pharmacol., 130, 1353-1361, doi: 10.1038/sj.bjp.0703431.

37. Fehr, S., Unger, A., Schaeffeler, E., Herrmann, S., Laufer, S., et al. (2015) Impact of p38 MAP kinase inhibitors on LPS-induced release of TNF-α in whole blood and primary Cells from different species, Cell Physiol. Biochem., 36, 2237-2249, doi: 10.1159/000430188.

38. Tong, W., Chen, X., Song, X., Chen, Y., Jia, R., et al. (2020) Resveratrol inhibits LPS-induced inflammation through suppressing the signaling cascades of TLR4NF-κB/MAPKs/IRF3, Exp. Ther. Med., 19, 1824-1834, doi: 10.3892/etm.2019.8396.

39. Fukao, T., and Koyasu, S. (2003) PI3K and negative regulation of TLR signaling, Trends Immunol., 24, 358-363.

40. Косякова Н. И., Радзюкевич Я. В., Морозова А. А., Прохоренко И. Р. (2019) Активация клеток крови ЛПС и DpE: роль sMD‑2 и p38 MAPK в развитии аллергического воспа­ления, Росс. Аллергол. Журн., 16, 81-84.

41. Guha, M., and Mackman, N. (2001) LPS induction of gene expression in human monocytes. Cell Signal., 13(2), 85-94, doi: 10.1016/s0898-6568(00)00149-2.

42. Yin, S. C., Liao, E. C., Ye, C. X., Chang, C. Y., and Tsai, J. J. (2018) Effect of mite allergenic components on innate immune response: Synergy of protease (Group 1 & 3) and non-protease (Group 2 & 7) allergens, Immunobiology, 223, 443-448, doi: 10.1016/j.imbio.2017.10.032.

43. Kramer, P. R., Winger, V., and Reuben, J. (2009) PI3K limits TNF-alpha production in CD16-activated monocytes, Eur. J. Immunol., 39, 561-570, doi: 10.1002/eji.200838801.

44. Luyendyk, J. P., Schabbauer, G. A., Tencati, M., Holscher, T., Pawlinski, R., et al. (2008) Genetic analysis of the role of the PI3K-Akt pathway in lipopolysaccharide-induced cytokine and tissue factor gene expression in monocytes/macrophages, J. Immunol., 180, 4218-4226, doi: 10.4049/jimmunol.180.6.4218.

45. Reginald, K., and Chew, F. T. (2019) The major allergen Der p 2 is a cholesterol binding protein, Sci. Rep., 9, 1556, doi: 10.1038/s41598-018-38313-9.

46. Marichal, T., Bedoret, D., Mesnil, C., Pichavant, M., Goriely, S., et al. (2010) Interferon response factor 3 is essential for house dust mite-induced airway allergy, J. Allergy Clin. Immunol., 126, 836-844.e13, doi: 10.1016/j.jaci.2010.06.009.

47. Ryu, J. H., Yoo, J. Y., Kim, M. J., Hwang, S. G., Ahn, K. C., et al. (2013) Distinct TLR-mediated pathways regulate house dust mite-induced allergic disease in the upper and lower airways, J. Allergy Clin. Immunol., 131, 549-561, doi: 10.1016/j.jaci.2012.07.050.

48. Tanyaratsrisakul, S., Jirapongsananuruk, O., Thomas, W. R., Piboonpocanun, S., Voelke, D. R. (2012) Der p 2 stimulate inflammatory responses from lung epithelial cells and macrophages through the TLR2 and MAPK pathway, J. Allergy Clin. Immunol., 129, AB140, doi: 10.1016/j.jaci.2011.12.469.