БИОХИМИЯ, 2023, том 88, вып. 8, с. 1302–1312

УДК 57.044

Агонист конститутивного андростанового рецептора инициирует метаболическую активность, необходимую для пролиферации гепатоцитов

© 2023 М.Э. Мазин 1,2, А.М. Перевалова 1, А.А. Ярушкин 2, Ю.А. Пустыльняк 1, А.Д. Рогачев 1, Е.А. Прокопьева 1,2, Л.Ф. Гуляева 1,2, В.О. Пустыльняк 1,2*pustylnyak@post.nsu.ru

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 630090 Новосибирск, Россия

Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медицины, 630117 Новосибирск, Россия

Поступила в редакцию 10.04.2023
После доработки 22.05.2023
Принята к публикации 24.05.2023

DOI: 10.31857/S032097252308002X

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: конститутивный андростановый рецептор, TCPOBOP, печень, гепатоцит, метаболомика.

Аннотация

Активация конститутивного андростанового рецептора (CAR, NR1I3) химическими соединениями вызывает гиперплазию печени у грызунов. Чаще всего для изучения химически индуцированной гиперплазии печени и пролиферации гепатоцитов in vivo используется 1,4‑бис[2-(3,5‑дихлорпиридилокси)] бензол (TCPOBOP), агонист мышиного CAR. TCPOBOP является мощным химическим митогеном, который вызывает гиперплазию печени мышей. В последние годы накоплено много данных о транскрипционных изменениях, характеризующих TCPOBOP-индуцированную пролиферацию гепатоцитов. Однако данных о метаболических потребностях гепатоцитов, делящихся при воздействии ксенобиотика, немного. В настоящем исследовании мы использовали технологию высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии в сочетании со статистическим анализом для описания изменения профиля метаболитов малых биомолекул, чтобы выявить ключевые метаболические изменения в печени самцов мышей после введения TCPOBOP. Анализ метаболитов в печени мышей позволил обнаружить биохимические процессы, активация которых осуществляется при воздействии химического митогена TCPOBOP. Так, сравнение метаболомных профилей показало, что воздействие ТСРОВОР приводит к изменению биохимических процессов, которые имеют отношение к метаболизму нуклеотидов, аминокислот и энергетических субстратов. Наши результаты позволяют сделать вывод о том, что агонист CAR инициирует внутриклеточную программу, которая способствует глобальной скоординированной метаболической активности, необходимой для пролиферации гепатоцитов.

Текст статьи

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

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 18‑15‑00021).

Благодарности

Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Протеомный анализ», поддержанного финансированием Минобрнауки России (соглашение № 075‑15‑2021‑691).

Вклад авторов

В.О. Пустыльняк, Л.Ф. Гуляева – концепция и руководство работой; М.Э. Мазин, А.М. Перевалова, А.А. Ярушкин, Ю.А. Пустыльняк, А.Д. Рогачев, Е.А. Прокопьева – проведение экспериментов и статистическая обработка результатов; М.Э. Мазин, А.А. Ярушкин, В.О. Пустыльняк, Л.Ф. Гуляева – обсуждение результатов исследования; М.Э. Мазин – написание текста; В.О. Пустыльняк – редактирование текста статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Содержание животных и все эксперименты с животными проводились в соответствии с позицией по этике использования животных в исследованиях, выполняемых при поддержке Российского научного фонда, а также в соответствии с Директивой 2010/63/ЕС Европейского парламента и Совета Европейского Союза от 22 сентября 2010 г. и одобрены Комиссией по биоэтике Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины (протокол № 23‑17).

Список литературы

1. Yan, J., and Xie, W. (2016) A brief history of the discovery of PXR and CAR as xenobiotic receptors, Acta Pharm. Sin. B, 6, 450-452, doi: 10.1016/j.apsb.2016.06.011.

2. Cai, X., Young, G. M., and Xie, W. (2021) The xenobiotic receptors PXR and CAR in liver physiology, an update, Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis., 1867, 166101, doi: 10.1016/j.bbadis.2021.166101.

3. Blanco-Bose, W. E., Murphy, M. J., Ehninger, A., Offner, S., Dubey, C., Huang, W., Moore, D. D., and Trumpp, A. (2008) C-Myc and its target FoxM1 are critical downstream effectors of constitutive androstane receptor (CAR) mediated direct liver hyperplasia, Hepatology, 48, 1302-1311, doi: 10.1002/hep.22475.

4. Tschuor, C., Kachaylo, E., Limani, P., Raptis, D. A., Linecker, M., Tian, Y., Herrmann, U., Grabliauskaite, K., Weber, A., Columbano, A., Graf, R., Humar, B., and Clavien, P. A. (2016) Constitutive androstane receptor (Car)-driven regeneration protects liver from failure following tissue loss, J. Hepatol., 65, 66-74, doi: 10.1016/j.jhep.2016.02.040.

5. Lodato, N. J., Melia, T., Rampersaud, A., and Waxman, D. J. (2017) Sex-differential responses of tumor promotion-associated genes and dysregulation of novel long noncoding RNAs in constitutive androstane receptor-activated mouse liver, Toxicol. Sci., 159, 25-41, doi: 10.1093/toxsci/kfx114.

6. Skoda, J., Dohnalova, K., Chalupsky, K., Stahl, A., Templin, M., Maixnerova, J., Micuda, S., Grøntved, L., Braeuning, A., and Pavek, P. (2022) Off-target lipid metabolism disruption by the mouse constitutive androstane receptor ligand TCPOBOP in humanized mice, Biochem. Pharmacol., 197, 114905, doi: 10.1016/j.bcp.2021.114905.

7. Solhi, R., Lotfinia, M., Gramignoli, R., Najimi, M., and Vosough, M. (2021) Metabolic hallmarks of liver regeneration, Trends Endocrinol. Metab., 32, 731-745, doi: 10.1016/j.tem.2021.06.002.

8. Cardiff, R. D., Miller, C. H., and Munn, R. J. (2014) Manual hematoxylin and eosin staining of mouse tissue sections, Cold Spring Harb. Protoc., 2014, 655-658, doi: 10.1101/pdb.prot073411.

9. Graefe, C., Eichhorn, L., Wurst, P., Kleiner, J., Heine, A., Panetas, I., Abdulla, Z., Hoeft, A., Frede, S., Kurts, C., Endl, E., and Weisheit, C. K. (2019) Optimized Ki-67 staining in murine cells: a tool to determine cell proliferation, Mol. Biol. Rep., 46, 4631-4643, doi: 10.1007/s11033-019-04851-2.

10. Mazin, M. E., Yarushkin, A. A., Pustylnyak, Y. A., Prokopyeva, E. A., and Pustylnyak, V. O. (2022) Promotion of NR1I3-mediated liver growth is accompanied by STAT3 activation, Mol. Biol. Rep., 49, 4089-4093, doi: 10.1007/s11033-022-07340-1.

11. Yuan, M., Breitkopf, S. B., Yang, X., and Asara, J. M. (2012) A positive/negative ion-switching, targeted mass spectrometry-based metabolomics platform for bodily fluids, cells, and fresh and fixed tissue, Nat.Protoc., 7, 872-881, doi: 10.1038/nprot.2012.024.

12. Rogachev, A. D., Alemasov, N. A., Ivanisenko, V. A., Ivanisenko, N. V., Gaisler, E. V., Oleshko, O. S., Cheresiz, S. V., Mishinov, S. V., Stupak, V. V., and Pokrovsky, A. G. (2021) Correlation of metabolic profiles of plasma and cerebrospinal fluid of high-grade glioma patients, Metabolites, 11, 133, doi: 10.3390/metabo11030133.

13. Kazantseva, Y. A., Pustylnyak, Y. A., and Pustylnyak, V. O. (2016) Role of nuclear constitutive androstane receptor in regulation of hepatocyte proliferation and hepatocarcinogenesis, Biochemistry (Moscow), 81, 338-347, doi: 10.1134/S0006297916040040.

14. Huber, K., Mestres-Arenas, A., Fajas, L., and Leal-Esteban, L. C. (2021) The multifaceted role of cell cycle regulators in the coordination of growth and metabolism, FEBS J., 288, 3813-3833, doi: 10.1111/febs.15586.

15. Locasale, J. W., and Cantley, L. C. (2011) Metabolic flux and the regulation of mammalian cell growth, Cell Metab., 14, 443-451, doi: 10.1016/j.cmet.2011.07.014.

16. Lunt, S. Y., and Vander Heiden, M. G. (2011) Aerobic glycolysis: meeting the metabolic requirements of cell proliferation, Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 27, 441-464, doi: 10.1146/annurev-cellbio-092910-154237.

17. Ge, T., Yang, J., Zhou, S., Wang, Y., Li, Y., and Tong, X. (2020) The role of the pentose phosphate pathway in diabetes and cancer, Front Endocrinol. (Lausanne), 11, 365, doi: 10.3389/fendo.2020.00365.

18. Jin, L., and Zhou, Y. (2019) Crucial role of the pentose phosphate pathway in malignant tumors, Oncol. Lett., 17, 4213-4221, doi: 10.3892/ol.2019.10112.

19. Liu, Z., Li, W., Geng, L., Sun, L., Wang, Q., Yu, Y., Yan, P., Liang, C., Ren, J., Song, M., Zhao, Q., Lei, J., Cai, Y., Li, J., Yan, K., Wu, Z., Chu, Q., Li, J., Wang, S., Li, C., Han, J. J., Hernandez-Benitez, R., Shyh-Chang, N., Belmonte, J. C. I., Zhang, W., Qu, J., and Liu, G. H. (2022) Cross-species metabolomic analysis identifies uridine as a potent regeneration promoting factor, Cell Discov., 8, 6, doi: 10.1038/s41421-021-00361-3.

20. Doi, J., Fujimoto, Y., Teratani, T., Kasahara, N., Maeda, M., Tsuruyama, T., Iida, T., Yagi, S., and Uemoto, S. (2019) Bolus administration of polyamines boosts effects on hepatic ischemia-reperfusion injury and regeneration in rats, Eur. Surg. Res., 60, 63-73, doi: 10.1159/000497434.

21. Mandal, S., Mandal, A., Johansson, H. E., Orjalo, A. V., and Park, M. H. (2013) Depletion of cellular polyamines, spermidine and spermine, causes a total arrest in translation and growth in mammalian cells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 110, 2169-2174, doi: 10.1073/pnas.1219002110.

22. Alhonen, L., Räsänen, T.L., Sinervirta, R., Parkkinen, J. J., Korhonen, V. P., Pietilä, M., and Jänne, J. (2002) Polyamines are required for the initiation of rat liver regeneration, Biochem. J., 362, 149-153, doi: 10.1042/0264-6021:3620149.

23. Chattopadhyay, M. K., Park, M. H., and Tabor, H. (2008) Hypusine modification for growth is the major function of spermidine in Saccharomyces cerevisiae polyamine auxotrophs grown in limiting spermidine, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 105, 6554-6559, doi: 10.1073/pnas.0710970105.

24. Lempiäinen, H., Müller, A., Brasa, S., Teo, S. S., Roloff, T. C., Morawiec, L., Zamurovic, N., Vicart, A., Funhoff, E., Couttet, P., Schübeler, D., Grenet, O., Marlowe, J., Moggs, J., and Terranova, R. (2011) Phenobarbital mediates an epigenetic switch at the constitutive androstane receptor (CAR) target gene Cyp2b10 in the liver of B6C3F1 mice, PLoS One, 6, e18216, doi: 10.1371/journal.pone.0018216.

25. Rampersaud, A., Lodato, N.J., Shin, A., and Waxman, D. J. (2019) Widespread epigenetic changes to the enhancer landscape of mouse liver induced by a specific xenobiotic agonist ligand of the nuclear receptor CAR, Toxicol. Sci., 171, 315-338, doi: 10.1093/toxsci/kfz148.

26. Cui, J. Y., and Klaassen, C. D. (2016) RNA-Seq reveals common and unique PXR- and CAR-target gene signatures in the mouse liver transcriptome, Biochim. Biophys. Acta, 1859, 1198-1217, doi: 10.1016/j.bbagrm.2016.04.010.