Индукция дифференцировки фибробластов в миофибробласты при изменении соотношения цитоплазматических актинов

1 НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 119992 Москва, Россия

2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва, Россия

3 Казанский государственный медицинский университет, кафедра общей патологии, 420012 Казань, Россия

4 Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования, кафедра радиотерапии и радиологии, 119454 Москва, Россия

5 ФГБНУ «РНЦХ имени академика Б.В. Петровского», 119991 Москва, Россия

6 НИИ канцерогенеза, ФГБУ «НМИЦ онкологии имени Н.Н. Блохина» Минздрава России, 115478 Москва, Россия

Поступила в редакцию 19.11.2024
После доработки 09.01.2025
Принята к публикации 14.01.2025

DOI: 10.31857/S0320972525020112

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: изоформы актина, фибробласты, миофибробласты, стромальное микроокружение, дифференцировка.

Аннотация

Миофибробласты, играющие важную роль в опухолевом микроокружении, представляют многообещающее направление исследований в области онкотерапии. В данной работе изучали возможности индуцируемой дифференцировки фибробластов человека в миофибробласты путём редукции γ‑цитоплазматического актина (γ‑А) методом РНК-интерференции. Снижение экспрессии γ‑А в подкожных фибробластах человека приводит к позитивной регуляции маркеров миофибробластов, включая α‑гладкомышечный актин (α‑ГМА), экстра-домен A фибронектина (ED‑A FN) и коллаген III типа. Эти изменения сопровождались модуляциями клеточной морфологии, такими как значительное увеличение площади клеток и формирование суперзрелых фокальных контактов. Снижение экспрессии γ‑А компенсировалось повышением экспрессии β‑цитоплазматического актина (β‑А) и α‑ГМА, а также формированием характерных α‑ГМА-позитивных стресс-фибрилл. В заключение, наши результаты показали, что редукция экспрессии γ‑А приводит к миофибробластной транс-дифференцировке подкожных фибробластов человека.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

# Авторы внесли равный вклад в работу.

Вклад авторов

Концепция и методология – В.Д.; программное обеспечение – Ю.Л.; валидация – Г.Ш., В.Д. и П.К.; формальный анализ – С.Б. и П.К.; исследование и визуализация – Н.Х., Ю.Л. и В.Д.; ресурсы – И.Е. и П.К.; написание: подготовка оригинального текста – Ю.Л.; написание: редактирование – В.Д. и Г.Ш.; руководство, администрирование и финансирование проекта – П.К. Все авторы прочитали и согласны с публикуемой версией статьи.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант РНФ № 23-15-00433), https://rscf.ru/en/project/23-15-00433/.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

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

Список литературы

1. Patrinostro, X., O’Rourke, A. R., Chamberlain, C. M., Moriarity, B. S., Perrin, B. J., and Ervasti, J. M. (2017) Relative importance of β_cyto-and γ_cyto-actin in primary mouse embryonic fibroblasts, Mol. Biol. Cell, 28, 771-782, https://doi.org/10.1091/mbc.E16-07-0503.

2. Dugina, V., Zwaenepoel, I., Gabbiani, G., Clément, S., and Chaponnier, C. (2009) β-and γ-cytoplasmic actins display distinct distribution and functional diversity, J. Cell Sci., 122, 2980-2988, https://doi.org/10.1242/jcs.041970.

3. Simiczyjew, A., Pietraszek-Gremplewicz, K., Mazur, A. J., and Nowak, D. (2017) Are non-muscle actin isoforms functionally equivalent, Histol. Histopathol., 32, 1125-1139, https://doi.org/10.14670/HH-11-896.

4. Bunnell, T. M., Burbach, B. J., Shimizu, Y., and Ervasti, J. M. (2011) β-Actin specifically controls cell growth, migration, and the G-actin pool, Mol. Biol. Cell, 22, 4047-4058, https://doi.org/10.1091/mbc.E11-06-0582.

5. Hinz, B., Dugina, V., Ballestrem, C., Wehrle-Haller, B., and Chaponnier, C. (2003) α-Smooth muscle actin is crucial for focal adhesion maturation in myofibroblasts, Mol. Biol. Cell, 14, 2508-2519, https://doi.org/10.1091/mbc.e02-11-0729.

6. Otranto, M., Sarrazy, V., Bonté, F., Hinz, B., Gabbiani, G., and Desmouliere, A. (2012) The role of the myofibroblast in tumor stroma remodeling, Cell Adhes. Migrat., 6, 203-219, https://doi.org/10.4161/cam.20377.

7. Tripathi, M., Billet, S., and Bhowmick, N. A. (2012) Understanding the role of stromal fibroblasts in cancer progression, Cell Adhes. Migrat., 6, 231-235, https://doi.org/10.4161/cam.20419.

8. Gabbiani, G. (2003) The myofibroblast in wound healing and fibrocontractive diseases, J. Pathol., 200, 500-503, https://doi.org/10.1002/path.1427.

9. Aujla, P. K., and Kassiri, Z. (2021) Diverse origins and activation of fibroblasts in cardiac fibrosis, Cell. Signall., 78, 109869, https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2020.109869.

10. Arnoldi, R., Chaponnier, C., Gabbiani, G., and Hinz, B. (2012) Chapter 88 – Heterogeneity of smooth muscle, In Muscle (Hill, J. A., and Olson, E. N., eds) Academic Press, 2, 1183-1195, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381510-1.00088-0.

11. Younesi, F. S., Son, D. O., Firmino, J., and Hinz, B. (2021) Myofibroblast markers and microscopy detection methods in cell culture and histology, Methods Mol. Biol., 2299, 17-47, https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1382-5_3.

12. Dugina, V., Khromova, N., Rybko, V., Blizniukov, O., Shagieva, G., Chaponnier, C., Kopnin, B., and Kopnin, P. (2015) Tumor promotion by γ and suppression by β non-muscle actin isoforms, Oncotarget, 6, 14556-14571, https://doi.org/10.18632/oncotarget.3989.

13. Dugina, V., Shagieva, G., Khromova, N., and Kopnin, P. (2018) Divergent impact of actin isoforms on cell cycle regulation, Cell Cycle, 17, 2610-2621, https://doi.org/10.1080/15384101.2018.1553337.

14. Ampe, C., and Van Troys, M. (2017) Mammalian actins: isoform-specific functions and diseases, Handb. Exp. Pharmacol., 235, 1-37, https://doi.org/10.1007/164_2016_43.

15. Arora, A. S., Huang, H. L., Singh, R., Narui, Y., Suchenko, A., Hatano, T., Heissler, S. M., Balasubramanian, M. K., and Chinthalapudi, K. (2023) Structural insights into actin isoforms, Elife, 12, e82015, https://doi.org/10.7554/eLife.82015.

16. Heissler, S. M., and Chinthalapudi, K. (2024) Structural and functional mechanisms of actin isoforms, FEBS J., 81, 263, https://doi.org/10.1111/febs.17153.

17. Bergeron, S. E., Zhu, M., Thiem, S. M., Friderici, K. H., and Rubenstein, P. A. (2010) Ion-dependent polymerization differences between mammalian β- and γ-nonmuscle actin isoforms, J. Biol. Chem., 285, 16087-16095, https://doi.org/10.1074/jbc.M110.110130.

18. Hinz, B., Phan, S. H., Thannickal, V. J., Galli, A., Bochaton-Piallat, M. L., and Gabbiani, G. (2007) The myofibroblast: one function, multiple origins, Am. J. Pathol., 170, 1807-1816, https://doi.org/10.2353/ajpath.2007.070112.

19. D’Ardenne, A. J., Burns, J., Sykes, B. C., and Kirkpatrick, P. (1983) Comparative distribution of fibronectin and type III collagen in normal human tissues, J. Pathol., 141, 55-69, https://doi.org/10.1002/path.1711410107.

20. Muro, A. F., Moretti, F. A., Moore, B. B., Yan, M., Atrasz, R. G., Wilke, C. A., Flaherty, K. R., Martinez, F. J., Tsui, J. L., Sheppard, D., Baralle, F. E., Toews, G. B., and White, E. S. (2008) An essential role for fibronectin extra type III domain A in pulmonary fibrosis, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 177, 638-645, https://doi.org/10.1164/rccm.200708-1291OC.

21. Tai, Y., Woods, E. L., Dally, J., Kong, D., Steadman, R., Moseley, R., and Midgley, A. C. (2021) Myofibroblasts: function, formation, and scope of molecular therapies for skin fibrosis, Biomolecules, 11, 1095, https://doi.org/10.3390/biom11081095.

22. Ragoowansi, R., Khan, U., Brown, R. A., and McGrouther, D. A. (2003) Differences in morphology, cytoskeletal architecture and protease production between zone II tendon and synovial fibroblasts in vitro, J. Hand Surg., 28, 465-470, https://doi.org/10.1016/s0266-7681(03)00140-2.

23. Dugina, V., Alexandrova, A., Chaponnier, C., Vasiliev, J., and Gabbiani, G. (1998) Rat fibroblasts cultured from various organs exhibit differences in α-smooth muscle actin expression, cytoskeletal pattern, and adhesive structure organization, Exp. Cell Res., 238, 481-490, https://doi.org/10.1006/excr.1997.3868.

24. Goffin, J. M., Pittet, P., Csucs, G., Lussi, J. W., Meister, J. J., and Hinz, B. (2006) Focal adhesion size controls tension-dependent recruitment of α-smooth muscle actin to stress fibers, J. Cell Biol., 172, 259-268, https://doi.org/10.1083/jcb.200506179.

25. Younesi, F. S., and Hinz, B. (2024) The myofibroblast fate of therapeutic mesenchymal stromal cells: regeneration, repair, or despair? Int. J. Mol. Sci., 25, 8712, https://doi.org/10.3390/ijms25168712.

26. Shum, M. S., Pasquier, E., Po’uha, S. T., O’Neill, G. M., Chaponnier, C., Gunning, P. W., and Kavallaris, M. (2011) γ-Actin regulates cell migration and modulates the ROCK signaling pathway, FASEB J., 25, 4423-4433, https://doi.org/10.1096/fj.11-185447.

27. Lechuga, S., Baranwal, S., Li, C., Naydenov, N. G., Kuemmerle, J. F., Dugina, V., Chaponnier, C., and Ivanov, A. I. (2014) Loss of γ-cytoplasmic actin triggers myofibroblast transition of human epithelial cells, Mol. Biol. Cell, 25, 3133-3146, https://doi.org/10.1091/mbc.E14-03-0815.