А.И. Билялов1, Н.С. Филатов2, О.С. Козлова3, Т.А. Воронина4, А.А. Несмелов5, Д.Д. Филимошина6, А.А. Билялова7, А.А. Титова8, М.А. Титова9, Е.И. Шагимарданова10, О.А. Гусев11, А.П. Киясов12

1–12 Казанский (Приволжский) федеральный университет (г. Казань, Россия)

1 ГБУЗ «Московский клинический научный центр им. А.С. Логинова ДЗМ» (Москва, Россия)

1,11 Медицинский факультет университета Джунтендо (г. Токио, Япония)

1,11 НМИЦ эндокринологии Минздрава России (Москва, Россия)

1 BilyalovAir@yandex.ru, 2 Ns.filatov@yandex.ru, 3 olga-sphinx@yandex.ru, 4 vorotaisiya@gmail.com, 5 nesmelov@gmail.com, 6 dashuta1312.filimoshina@yandex.ru, 7 alinayakupova96@yandex.ru, 8 anjerika@list.ru, 9 maalti@mail.ru, 10 rjuka@mail.ru, 11 gaijin.ru@gmail.com, 12 kiassov@mail.ru

Постановка проблемы. Уровень регенерации тканей после повреждения сильно варьируется в зависимости от класса животных. Так, многие процессы восстановления клеток и тканей млекопитающих являются ограниченными и неполноценными. Однако существуют единичные и уникальные примеры и среди млекопитающих, обладающие ускоренной регенерацией. Например, мыши рода Acomys обладают повышенными возможностями репарации тканей после повреждения.

Цель работы – изучение дифференциальной экспрессии генов ушной раковины мышей рода Acomys и мышей линии Balb/c до повреждения и спустя 6 ч после нанесения травмы для обнаружения универсальных клеточных ответов на травматизацию.

Результаты. В ходе проведения исследований были определены и проаннотированы все клеточные типы ушной раковины. Определена дифференциальная экспрессия генов ушной раковины мышей рода Acomys и мышей линии Balb/c. Во всех 9 клеточных типах в группе Acomys, за исключением адипоцитов, обнаружено статистически достоверное (p<0,05) увеличение уровня экспрессии генов белков металлотионеинов 1 и 2 через 6 ч после нанесения травмы. Экспрессия данных белков может являться одним из возможных универсальных клеточных ответов на повреждение, благодаря способности металлотионеинов контролировать гомеостаз цинк, участвовать в нейтрализации активных форм кислорода и опосредованно ингибировать митохондриальный путь апоптоза.

Практическая значимость. Полученные результаты в дальнейшем могут быть применены в создании или усовершенствовании генно-клеточных препаратов или медицинских изделий для стимуляции процессов репаративного гистогенеза после травматизации.

1. Alibardi L. Perspective: Appendage regeneration in amphibians and some reptiles derived from specific evolutionary histories // Journal of experimental zoology. Part B, Molecular and developmental evolution. 2018. V. 330 (8). P. 396–405. Doi: 10.1002/jez.b.22835
2. Alibardi L. Regeneration in anamniotes was replaced by regengrow and scarring in amniotes after land colonization and the evolution of terrestrial biological cycles // Dev. Dyn. 2022. V. 251(9). P. 1404–1413. Doi:10.1002/dvdy.341
3. Arenas-Gómez C.M., Delgado J.P. Limb regeneration in salamanders: the plethodontid tale. // Int. J. Dev. Biol. 2021. V. 65(4). P. 313–321. Doi: 10.1387/ijdb.200228jd
4. Muneoka K., Allan C.H., Yang X., Lee J., Han M. Mammalian regeneration and regenerative medicine // Birth defects research. Part C, Embryo today: reviews. 2008. V. 84(4). P. 265–280. Doi: 10.1002/bdrc.20137
5. Maden M., Varholick J.A. Model systems for regeneration: the spiny mouse, Acomys cahirinus // Development. 2020. V. 147(4). P. 130–156. Doi: dev.167718
6. Jia L., Hua Y., Zeng J., Liu W., Wang D., Zhou G., Liu X., et al. Bioprinting and regeneration of auricular cartilage using a bioactive bioink based on microporous photocrosslinkable acellular cartilage matrix // Bioactive materials. 2022. V. 16. P. 66–81. Doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.02.032
7. Билялов А.И., Филимошина Д.Д., Филатов Н.С., Билялова А.А., Титова А.А., Гатауллинна Л.Р., Плюшкина А.С., Шагимарданова Е.И., Деев Р.В., Киясов А.П., Козлова О.С., Несмелов А.А., Гусев О.А. У мышей рода Acomys после травмы восстанавливается эластический хрящ ушной раковины // Гены и Клетки. 2022. Т. 17. № 1. C. 42–47. Doi: 10.23868/202205003
8. Thirumoorthy N., Manisenthil Kumar K.T., Shyam Sundar A., Panayappan L., Chatterjee M. Metallothionein: an overview // World. J. Gastroenterol. 2007. V. 13(7). P. 993–996. Doi: 10.3748/wjg.v13.i7.993
9. Kavitha S.V., George S.D. Metallothioneins: Emerging Modulators in Immunity and Infection // Int. J. Mol. Sci. 2017. V. 18(10). P. 2197. Doi: 10.3390/ijms18102197
10. Moleirinho A., Carneiro J., Matthiesen R., Silva R.M., Amorim A. Gains, Losses and Changes of Function after Gene Duplication: Study of the Metallothionein Family // PLOS ONE. 2020. V. 6(4). P. 18487. Doi: 10.1371/journal.pone.0018487
11. Ruttkay-Nedecky B., Nejdl L., Gumulec J., Zitka O., Masarik M., Eckschlager T., Stiborova M., et al. The role of metallothionein in oxidative stress // Int. J. Mol. Sci. 2013. V. 14(3). P. 6044–6066. Doi: 10.3390/ijms14036044
12. Wei H., Desouki M.M., Lin S., Xiao D., Franklin R.B., Feng P. Differential expression of metallothioneins (MTs) 1, 2, and 3 in response to zinc treatment in human prostate normal and malignant cells and tissues // Mol. Cancer. 2008. V. 7. P. 7. Doi: 10.1186/1476-4598-7-7
13. Vasák M., Hasler D.W. Metallothioneins: new functional and structural insights // Curr. Opin. Chem. Biol. 2000. V. 4(2). P. 177–183. Doi: 10.1016/s1367-5931(00)00082-x
14. Braun W., Vasák M., Robbins A.H., Stout C.D., Wagner G., Kägi J.H., Wüthrich K. Comparison of the NMR solution structure and the x-ray crystal structure of rat metallothionein-2 // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 1992. V. 89(21). P. 10124–10128. Doi: 10.1073/pnas.89.21.10124
15. Chen S.H., Chen L., Russell D.H. Metal-induced conformational changes of human metallothionein-2A: a combined theoretical and experimental study of metal-free and partially metalated intermediates // J. Am. Chem. Soc. 2014. V. 136(26). P. 9499–9508. Doi: 10.1021/ja5047878
16. Irvine G.W., Duncan K.E., Gullons M., Stillman M.J. Metalation kinetics of the human α-metallothionein 1a fragment is dependent on the fluxional structure of the apo-protein // Chemistry. 2015. V. 21(3). P. 1269–1279. Doi: 10.1002/chem.201404283
17. Banerjee D., Onosaka S., Cherian M.G. Immunohistochemical localization of metallothionein in cell nucleus and cytoplasm of rat liver and kidney // Toxicology. 1982. V. 24(2). P. 95–105. Doi: 10.1016/0300-483x(82)90048-8
18. Lee S.J., Park M.H., Kim H.J., Koh J.Y. Metallothionein-3 regulates lysosomal function in cultured astrocytes under both normal and oxidative conditions // Glia. 2010. V. 58(10). P. 1186–1196. Doi: 10.1002/glia.20998
19. Müller J. Functional metal ions in nucleic acids // Metallomics. 2010. V. 2(5). P. 318–327. Doi: 10.1039/c000429d
20. Gumulec J., Masarik M., Krizkova S., Adam V., Hubalek J., Hrabeta J., Eckschlager T., et al. Insight to physiology and pathology of zinc(II) ions and their actions in breast and prostate carcinoma // Curr. Med. Chem. 2011. V. 18(33). P. 5041–5051. Doi: 10.2174/092986711797636126
21. Yushchuk O., Ostash B., Pham T.H., Luzhetskyy A., Fedorenko V., Truman A.W., Horbal L. Characterization of the Post-Assembly Line Tailoring Processes in Teicoplanin Biosynthesis // ACS. Chem. Biol. 2016. V. 11(8). P. 2254–2264. Doi: 10.1021/acschembio.6b00018
22. Bock F.J., Riley J.S. When cell death goes wrong: inflammatory outcomes of failed apoptosis and mitotic cell death // Cell Death Differ. 2023. V. 30. P. 293–303 Doi: 10.1038/s41418-022-01082-0
23. Ruttkay-Nedecky B., Nejdl L., Gumulec J., Zitka O., Masarik M., Eckschlager T., Stiborova M., et al. The Role of Metallothionein in Oxidative Stress // Int. J. Mol. Sci. 2013. V.14. P. 6044–6066. Doi: 10.3390/ijms14036044
24. Проскурнина Е.В., Фёдорова М.В., Охоботов Д.А., Камалов А.А. Внутриклеточный гомеостаз активных форм кислорода сперматозоидов: опыт применения хемилюминесценции // Технологии живых систем. 2022. T. 19. № 1. С. 38–44. Doi: 10.18127/j20700997-202201-05
25. Mittal M., Siddiqui M.R., Tran K., Reddy S.P., Malik A.B. Reactive oxygen species in inflammation and tissue injury // Antioxid Redox Signal. 2014. V. 20(7). P. 1126–1167. Doi: 10.1089/ars.2012.5149
26. Ларина И.М. Маркеры оксидативного стресса в жидкостях тела космонавтов после продолжительных космических полетов на МКС // Технологии живых систем. 2019. Т. 16. № 5. С. 5–16. Doi: 10.18127/j20700997-201905-01
27. Liu R.M., Desai L.P. Reciprocal regulation of TGF-β and reactive oxygen species: A perverse cycle for fibrosis // Redox Biol. 2015. V. 6. P. 565–577. Doi: 10.1016/j.redox.2015.09.009
28. Xu G., Fan L., Zhao S., OuYang C. MT1G inhibits the growth and epithelial-mesenchymal transition of gastric cancer cells by regulating the PI3K/AKT signaling pathway // Genet. Mol. Biol. 2022. V. 45(1). P. 20210067. Doi: 10.1590/1678-4685-GMB-2021-0067