Informacije

A10. Hipoksija - Biologija

A10. Hipoksija - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Proveli smo mnogo vremena proučavajući kako se tijelo nosi i koristi toksične nusprodukte redukcije dioksida. Šta se događa kada tijelo ne dobije dovoljno dioksigena - stanje koje se zove anoksija (bez diokiseonika) ili hipoksija (premalo kiseonika)? To se može dogoditi u mišićima koji se podvrgavaju intenzivnoj vježbi, te u mozgu i srcu kada ugrušci blokiraju dotok krvi u ove organe (kao što se događa u većini moždanih udara i srčanih udara). Pod niskim koncentracijama kiseonika, familija proteinskih transkripcionih faktora tzv Faktor izazvan hipoksijom (HIF) aktivirati. Ovo bi moglo biti korisno za ćelije budući da se za brzo rastuće tkivo, posebno tumorske ćelije, može očekivati ​​da će doživjeti stanje niske količine kisika.

Slika: Odgovor ćelije na hipoksiju


Učinci akutnog hipoksičnog događaja na strukturu zajednice mikroplanktona u obalnoj luci južne Kalifornije

Smrtnost riba i hipoksični događaji javljaju se u mnogim obalnim i unutrašnjim sustavima i mogu biti posljedica prirodnih ili antropogeno posredovanih procesa. Učinci posljedičnih promjena u biogeokemiji vode istraženi su za zajednice bentoskih beskičmenjaka i pelagičnih metazoana. Odgovori sklopova mikro-planktona ostali su uglavnom neistraženi. Sjeverni bazen King Harbour, mali nasip u zaljevu Santa Monica, CA, SAD, pretrpio je masovno ubijanje ribe u ožujku 2011. kao posljedicu akutne hipoksije. Koncentracije otopljenog kisika <0,1 ml l -1 mjerene su u sjevernom bazenu luke nekoliko dana nakon smrtnog slučaja, a primijećen je i veliki prostorni gradijent kisika od sjevernog bazena do voda izvan luke. Zajednica mikroplanktona u King Harboru značajno se razlikovala od zajednice u kojoj dominiraju dijatomeji koja je prisutna u susjednom zaljevu Santa Monica. Činilo se da ovo posljednje područje nije pod utjecajem fizičko -kemijskih promjena uzrokovanih ubijanjem ribe koje su uočene u luci. Trofički pomak primijećen je u cijeloj kraljevskoj luci od sklopa u kojem dominira fotoautotrofa do jednog od heterotrofnih oblika, pri čemu se relativni broj bakterijskih cilijata povećao za više od 80 % u najugroženijem dijelu luke. Uočene su značajne promjene u strukturi zajednice, zajedno s dramatično smanjenim prinosom fotosinteze preostalog fitoplanktona, što ukazuje na ozbiljan fiziološki stres tokom ekstremne hipoksije.

Ovo je pregled sadržaja pretplate, pristup putem vaše institucije.


A-10 Rubble identifikovan u Koloradu Pilot i dalje nestao

Nakon mučne operacije oporavka u srijedu, američke zračne snage potvrdile su da je olupina visoko na udaljenoj planini u Koloradu olupina jurišnog bombardera A-10 nestalog od 2. aprila.

Stručnjak za oporavak koji je visio 100 stopa ispod lebdećeg helikoptera izvadio je dva komada metala sa litice prekrivene litice 13.000 stopa uz planinu. Dva dijela - savijena oštrica motora i gomila žica - nosili su brojeve proizvođača koji odgovaraju onima na nestalom A-10 Thunderbolt, rekao je general-major Nels Running na konferenciji za novinare.

"Ostaci aviona na lokaciji u planinama New Yorka u blizini Gold Dust Peaka zapravo su naši nestali avioni A-10", rekao je Running. “Ali potraga za pilotom se nastavlja. . . . Nemamo dokaza da je bio u avionu kad se susreo s planinom. ”

Napredni planinar spušten iz stomaka teškog helikoptera MH-53 - najmoćnijeg helikoptera u zračnim snagama - proveo je samo 15 minuta na mjestu nesreće u rasponu Sawatch oko 15 milja jugoistočno od skijališta Vail.

Tim spasilaca od četiri osobe prevezen je u prirodnu zdjelu otprilike 1.000 stopa ispod mjesta pada kako bi započeli potragu za tijelom pilota, kapetana Craiga Buttona. Tim je planirao provesti noć na planini, a zatim u četvrtak početi oprezno ispitivati ​​snijeg motkama.

Njihov napor je komplikovan oblacima koji grle zemlju i bezbroj potencijalnih opasnosti za koje se pretpostavlja da su zatrpane ispod 10 stopa snijega na nagibu od 80 stepeni: komadi iskrivljenog metala, rakete, stotine metaka topovske municije od 30 mm i četiri bombe opšte namene od 500 funti .

S obzirom na dodatnu opasnost od lavina u ovom području krševitih vrhova, dubokih dolina i jakih struja vjetra, tragačima je naređeno da izbjegavaju svako kopanje.

Očekivalo se da će jaka vremenska fronta u narednih nekoliko dana u cijeloj regiji izbaciti nekoliko centimetara snijega. Tim nosi dovoljno zaliha za tri dana.

“Učinit ćemo sve što možemo da pratimo gdje se nalaze”, rekao je pukovnik Denver Peltcher. “Ako nešto iskrsne, spremni smo da ih uzmemo.”

Running je rekao da će prioritet biti uklanjanje ubojitih sredstava aviona, ali to možda neće biti moguće dok se snijeg ne otopi kasnije ovog ljeta.

Sva ubojna sredstva koja u narednih nekoliko sedmica otkriju pretraživači bit će označena zastavicom kako bi stručnjaci mogli deaktivirati eksploziv.

Vlasti američke šumarske službe predložile su da se ostatak od procijenjenih 30.000 funti olupine ostavi na planini jer bi njeno uklanjanje moglo nanijeti štetu ekologiji divljine.

Kao upozorenje planinarima koji bi se mogli upustiti u ovo područje tokom vikenda, Running je rekao: „Ovo nije mjesto za zabavu i igre. Ako ste pametni, ostat ćete vani. "

Sada kada je avion identificiran, Running je rekao da će biti imenovan odbor za sigurnosnu istragu koji će istražiti zašto se Button misteriozno odvojio od formacije s tri aviona iznad južne Arizone, a zatim se uputio 800 milja sjeveroistočno do Kolorada.

Njegov nestanak dogodio se oko 15 minuta nakon što je dopunio gorivo dok je leteo iz zračne baze Davis-Monthan u Tucsonu do poligona Barry M. Goldwater.

Toliko se zna: Button je bio na donjem kraju dometa svog goriva do trenutka kada su radarske slike i očevici vidjeli njegov sporo pokretni razarač tenkova kako tijesno kruži oko područja Vail oko 12:40.

Neki su izvijestili da su čuli eksploziju i vidjeli dim koji se dizao sa strmog obronka gdje su komadići metala, žica i papira sada razbacani po nekoliko stotina metara u svim smjerovima.

Je li tražio mjesto za slijetanje? Je li izgubio orijentaciju zbog nedostatka kisika-stanje poznato kao hipoksija-i udario u granitno planinsko lice? Je li namjerno namjeravao okončati svoj život nakon spektakularne radosne vožnje? Da li preživljava negdje u snježnoj divljini nakon spašavanja?

Zvaničnici vazdušnih snaga nisu bili voljni da nagađaju o odgovorima na ta pitanja. Ali u jednom intervjuu, Running je umanjio mogućnost da je Button možda patio od utjecaja hipoksije koji mijenja um, do kojeg je možda došlo prilikom punjenja goriva zrakom.

"Ne mogu kupiti ideju da dobije određeni nivo hipoksije i da preleti 800 milja do drugog stanja kroz planine i doline i sve ostalo, a onda mu nestane goriva i nestao je", rekao je.

"Trenutno ne možemo vidjeti ništa što čak sugerira da je bio u avionu kada se srušio."

Major Richard Dopierala, iz centra za obuku fiziologije u vazduhoplovnoj bazi Peterson u Colorado Springsu, nije se složio.

"Hipoksija može učiniti sve vrste specifičnih stvari za pojedinca, i podmukla je-pustite je i to će vas udariti", rekao je. “Bilo koji broj stvari je mogao uzrokovati ovo. Ne možete reći da to nije jedan od njih dok ne provedu istragu. "

Louis Sahagún je pisac iz Los Angeles Timesa. On pokriva pitanja u rasponu od religije, kulture i okoliša do kriminala, politike i vode. Bio je u timu pisaca L.A. Timesa koji su u javnoj službi dobili Pulitzer -ovu nagradu za seriju o Latinoamerikancima u južnoj Kaliforniji i timu koji je 2015. bio finalista Pulitzerove nagrade u udarnim vijestima. On je član odbora CCNMA: Latino Journalists of California i autor knjige “Master of the Mysteries: The Life of Manly Palmer Hall”.

Budući da se visoko zarazna Delta varijanta koronavirusa nastavlja širiti po cijeloj državi, Odsjek za javno zdravstvo okruga Los Angeles preporučuje da svi stanovnici nose maske u javnim zatvorenim prostorima-bez obzira na to jesu li cijepljeni protiv COVID-19.


Faktor induciran hipoksijom

Transkripcijski kompleks FZO -a otkrili su 1995. Gregg L. Semenza i postdoktorski kolega Guang Wang. [3] [4] [5] Godine 2016. William Kaelin Jr., Peter J. Ratcliffe i Gregg L. Semenza uručeni su Laskerovoj nagradi za njihov rad na rasvjetljavanju uloge HIF-1 u sensingu kisika i njegove uloge u preživljavanju. uslovi niske količine kiseonika. [6] Iste 2019. godine iste tri osobe zajedno su dobile Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu za svoj rad na rasvjetljavanju načina na koji FZO osjeća i prilagođava stanični odgovor dostupnosti kisika. [7]

Većina, ako ne i sve, vrste koje dišu kiseonik izražavaju visoko konzervirani transkripcijski kompleks HIF-1, koji je heterodimer sastavljen od alfa i beta podjedinice, pri čemu je potonja konstitutivno eksprimirani nuklearni translokator receptora aril ugljovodonika (ARNT). [4] [8] HIF-1 pripada PER-ARNT-SIM (PAS) podfamiliji osnovne helix-loop-helix (bHLH) familije transkripcionih faktora. Alfa i beta podjedinica su slične strukture i obje sadrže sljedeće domene: [9] [10] [11]

    - bHLH domena za vezivanje DNK
  • centralni region – Per-ARNT-Sim (PAS) domen, koji olakšava heterodimerizaciju – regrutuje transkripcione koregulatorne proteine

Ovo su članovi ljudske porodice FZO:

Član Gene Protein
HIF-1α HIF1A faktor 1 induciran hipoksijom, alfa podjedinica
HIF-1β ARNT nuklearni translokator receptora arilnih ugljikovodika
HIF-2α EPAS1 protein endotelnog PAS domena 1
HIF-2β ARNT2 nuklearni translokator receptora aril-ugljikovodika 2
HIF-3α HIF3A faktor induciran hipoksijom 3, alfa podjedinica
HIF-3β ARNT3 nuklearni translokator receptora aril-ugljikovodika 3

Ekspresija HIF1α u hematopoetskim matičnim ćelijama objašnjava prirodu mirovanja matičnih ćelija [14] jer se metabolički održavaju niskim tempom kako bi se očuvala moć matičnih ćelija tokom dugog životnog ciklusa organizma.

HIF signalna kaskada posreduje u efektima hipoksije, stanja niske koncentracije kiseonika, na ćeliju. Hipoksija često sprječava diferencijaciju stanica. Međutim, hipoksija potiče stvaranje krvnih žila i važna je za formiranje vaskularnog sustava u embrionima i tumorima. Hipoksija u ranama također potiče migraciju keratinocita i obnavljanje epitela. [15] Stoga nije iznenađujuće što je HIF-1 modulacija identificirana kao obećavajuća paradigma liječenja u zacjeljivanju rana. [16]

Općenito, FZO su vitalni za razvoj. Kod sisavaca brisanje gena HIF-1 dovodi do perinatalne smrti. [17] Pokazalo se da je HIF-1 od vitalnog značaja za preživljavanje hondrocita, dopuštajući stanicama da se prilagode uvjetima niskog kisika unutar ploča za rast kostiju. HIF igra centralnu ulogu u regulaciji ljudskog metabolizma. [18]

Alfa podjedinice HIF-a hidroksiliraju se u konzerviranim ostacima prolina pomoću HIF prolil-hidroksilaza, omogućavajući njihovo prepoznavanje i ubikvitinaciju pomoću VHL E3 ubikvitin ligaze, koja ih označava za brzu razgradnju proteasomom. [19] [20] To se događa samo u normoksičnim uvjetima. U hipoksičnim uvjetima, HIF prolil-hidroksilaza je inhibirana, jer koristi kisik kao kosubstrat. [21] [22]

Inhibicija prijenosa elektrona u kompleksu sukcinat dehidrogenaze zbog mutacija u genima SDHB ili SDHD može uzrokovati nakupljanje sukcinata koji inhibira HIF prolil-hidroksilazu, stabilizirajući HIF-1α. Ovo se naziva pseudohipoksija.

HIF-1, kada se stabilizuje hipoksičnim uslovima, pojačava regulaciju nekoliko gena kako bi podstakao preživljavanje u uslovima niske količine kiseonika. To uključuje enzime glikolize, koji omogućavaju sintezu ATP-a na način neovisno o kisiku, i faktor rasta vaskularnog endotela (VEGF), koji potiče angiogenezu. HIF-1 djeluje vežući se za elemente odgovorne na hipoksiju (HREs) u promotorima koji sadrže niz NCGTG (gdje je N ili A ili G). Nedavni radovi iz laboratorija Sónia Rocha i Williama Kaelina Jr. pokazuju da hipoksija modulira metilaciju histona i reprogramira kromatin [23] Ovaj je rad objavljen zajedno s Nobelovom nagradom za fiziologiju ili medicinu za medicinu William Kaelin Jr. [24] Ovaj rad je istaknut u nezavisnom uvodniku. [25]

Pokazano je da protein kinaza-sidrenje mišića A (mAKAP) organizira E3 ubikvitin ligaze, utječući na stabilnost i pozicioniranje HIF-1 unutar svog mjesta djelovanja u jezgri. Smanjenje mAKAP-a ili poremećaj njegovog ciljanja na perinuklearnu (u kardiomiocitima) regiju promijenili su stabilnost HIF-1 i transkripcijsku aktivaciju gena povezanih sa hipoksijom. Stoga "kompartmentalizacija" signalnih komponenti osjetljivih na kisik može utjecati na hipoksični odgovor. [26]

Napredno znanje o molekularnim regulatornim mehanizmima aktivnosti HIF1 u hipoksičnim uvjetima oštro je u suprotnosti s nedostatkom informacija o mehanističkim i funkcionalnim aspektima koji upravljaju regulacijom HIF1 posredovanom NF-κB u normoksičnim uvjetima. Međutim, stabilizacija HIF-1α se takođe nalazi u nehipoksičnim uslovima kroz donedavno nepoznat mehanizam. Pokazano je da je NF-κB (nuklearni faktor κB) direktni modulator ekspresije HIF-1α u prisustvu normalnog pritiska kiseonika. Studije siRNA (male interferirajuće RNK) za pojedine članove NF-κB otkrile su različite učinke na nivoe mIFN HIF-1α, što ukazuje na to da NF-κB može regulirati bazalnu ekspresiju HIF-1α. Konačno, pokazano je da, kada se endogeni NF-κB indukuje tretmanom TNFα (faktor nekroze tumora α), nivoi HIF-1α se takođe menjaju na način koji zavisi od NF-κB. [27] HIF-1 i HIF-2 imaju različite fiziološke uloge. HIF-2 reguliše proizvodnju eritropoetina u odraslom dobu. [28]

Popravka, regeneracija i podmlađivanje Edit

U normalnim okolnostima nakon ozljede, HIF-1a se razgrađuje prolil hidroksilazama (PHD). U junu 2015., naučnici su otkrili da kontinuirana regulacija HIF-1a preko PHD inhibitora regenerira izgubljeno ili oštećeno tkivo kod sisara koji imaju regeneracijski odgovor, a kontinuirana regulacija Hif-1a dovodi do zacjeljivanja s odgovorom na stvaranje ožiljaka kod sisara. sa prethodnim regenerativnim odgovorom na gubitak tkiva. Čin regulacije HIF-1a može isključiti ili uključiti ključni proces regeneracije sisavaca. [29] [30] Jedan takav regenerativni proces u koji je uključen HIF1A je zacjeljivanje kože. [31] Istraživači sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Stanford pokazali su da je aktivacija HIF1A uspjela spriječiti i liječiti kronične rane kod dijabetičkih i starijih miševa. Ne samo da su rane na miševima brže zacijelile, već je i kvaliteta nove kože bila čak i bolja od originala. [32] [33] [34] [35] Dodatno je opisan regenerativni učinak HIF-1A modulacije na starije ćelije kože [36] [37] i podmlađujući učinak na stariju kožu lica kod pacijenata. [38] HIF modulacija je također povezana s blagotvornim učinkom na gubitak kose. [39] Biotehnološka kompanija Tomorrowlabs GmbH, koju su 2016. u Beču osnovali liječnik Dominik Duscher i farmakolog Dominik Thor, koristi ovaj mehanizam. [40] Na temelju aktivnog sastojka HSF ("faktor jačanja HIF-a") koji je na čekanju za patent, razvijeni su proizvodi koji bi trebali poticati regeneraciju kože i kose. [41] [42] [43] [44]

Anemija Edit

Nedavno je razvijeno nekoliko lijekova koji djeluju kao selektivni inhibitori HIF prolil-hidroksilaze. [45] [46] Najznačajnija jedinjenja su: Roxadustat (FG-4592) [47] Vadadustat (AKB-6548), [48] Daprodustat (GSK1278863), [49] Desidustat (ZYAN-1), [50] i Molidustat (Bay 85-3934), [51] svi su namijenjeni za oralno djelovanje za liječenje anemije. [52] Drugi značajni spojevi iz ove porodice, koji se koriste u istraživanju, ali nisu razvijeni za medicinsku upotrebu kod ljudi, uključuju MK-8617, [53] YC-1, [54] IOX-2, [55] 2- metoksiestradiol, [56] GN-44028, [57] AKB-4924, [58] Bay 87-2243, [59] FG-2216 [60] i FG-4497. [61] Inhibicijom enzima prolil-hidroksilaze povećava se stabilnost HIF-2α u bubregu, što rezultira povećanjem endogene proizvodnje eritropoetina. [62] Oba jedinjenja FibroGen uspjela su proći u fazu II kliničkih ispitivanja, ali su oni privremeno obustavljeni u maju 2007. nakon smrti učesnika ispitivanja koji je uzimao FG-2216 od fulminantnog hepatitisa (otkazivanje jetre), međutim nije jasno je li ta smrt bila zapravo uzrokovana FG-2216. Zadržavanje daljeg testiranja FG-4592 je ukinuto početkom 2008. godine, nakon što je FDA pregledala i odobrila detaljan odgovor FibroGena. [63] Roxadustat, vadadustat, daprodustat i molidustat sada su napredovali do kliničkih ispitivanja faze III za liječenje bubrežne anemije. [47] [48] [49]

Upala i rak Edit

U drugim scenarijima i za razliku od gore navedene terapije, nedavna istraživanja sugeriraju da će indukcija HIF-a u normoksiji vjerovatno imati ozbiljne posljedice u okruženju bolesti s kroničnom inflamatornom komponentom. [64] [65] [66] Takođe je pokazano da je hronična upala samostalna i da iskrivljuje mikrookruženje kao rezultat aberantno aktivnih faktora transkripcije.Kao posljedica toga, promjene u faktoru rasta, hemokinu, citokinu i ROS ravnoteži događaju se unutar staničnog miljea što zauzvrat osigurava os rasta i preživljavanja potrebnu za de novo razvoj raka i metastaza. Ovi rezultati imaju brojne implikacije na brojne patologije u kojima su NF-κB i HIF-1 deregulirani, uključujući reumatoidni artritis i rak. [67] [68] [69] [70] Stoga se smatra da će razumijevanje unakrsnog razgovora između ova dva ključna transkripcijska faktora, NF-κB i HIF-a, uvelike poboljšati proces razvoja lijekova. [27] [71]

Aktivnost HIF-a uključena je u angiogenezu potrebnu za rast tumora raka, pa su inhibitori HIF-a, poput fenetil izotiocijanata i akriflavina [72] (od 2006.) pod istragom zbog učinaka protiv raka. [73] [74] [75]

Neurology Edit

Istraživanja provedena na miševima sugeriraju da stabilizacija HIF-a pomoću HIF inhibitora prolil-hidroksilaze poboljšava hipokampalnu memoriju, vjerojatno povećanjem ekspresije eritropoetina. [76] Aktivatori HIF puta kao što je ML-228 mogu imati neuroprotektivne efekte i od interesa su kao potencijalni tretmani za moždani udar i ozljede kičmene moždine. [77] [78]

Von Hippel-Lindau-ov karcinom bubrežnih stanica Uredi

Belzutifan je faktor-2α induciran hipoksijom [79] koji se istražuje za liječenje karcinoma bubrežnih stanica povezanih s von Hippel-Lindau-ovom bolešću. [80] [81] [82] [83]


Uvod

Vaskularne bolesti su uključene kao glavni uzrok globalne smrtnosti [1]. Rekonstrukcija krvnih žila ostaje najveći klinički izazov za pacijente na kardiovaskularnoj operaciji [2]. Iako se autotransplantati mogu koristiti za zamjenu opstruiranih krvnih žila, oni posjeduju nekoliko ograničenja, kao što su ograničena dostupnost, rizik od infekcije povezane s donorskim mjestom i neusklađena dužina ili promjer [3]. Posljedično, postoji novonastalo zanimanje za razvoj umjetnih vaskularnih transplantata. Umjetni vaskularni transplantati, uključujući poli (etilen tereftalat) (PET, Dacron), ekspandirani poli (tetrafluoroetilen) (ePTFE) i poliuretan (PU) pokazali su zadovoljavajuće performanse za rekonstrukciju krvnih žila velikog promjera (≥6 mm) [4] . Međutim, ovi vaskularni transplantati pokazuju nekoliko uskih grla za cijepljenje malog promjera (< 6 mm) zbog tromboze i teške neointimalne hiperplazije [5]. Nakon implantacije, funkcionalna vaskularna regeneracija koja uključuje brzu endotelizaciju [6], regeneraciju kontraktilnih SMC [5] i modulaciju upalne reakcije [5] idealan je ishod za rješavanje gore navedenih problema i postizanje dugoročne prohodnosti.

Odgovor stanične hipoksije ima potencijal za poboljšanje stvaranja krvnih žila [7] i regeneraciju tkiva [8], koji su procesi koji su uglavnom regulirani faktorom 1 induciranim hipoksijom (HIF-1) [9]. HIF-1 je heterodimerni protein koji se sastoji od dvije podjedinice, HIF-1α i HIF-1β [9]. HIF-1β je konstitutivno izražen unutar jezgre, dok je aktivnost HIF-1α ovisna o kisiku [10]. Pod normoksijom, protein HIF-1α podliježe proteasomskoj degradaciji prolil-hidroksilazama (PHD), koje zahtijevaju Fe 2+, 2-oksoglutarat i kisik za hidroksilaciju ostataka prolina na HIF-1α [11]. Tokom hipoksije, aktivnost PHD-a je ometana, što dovodi do stabilizacije i akumulacije HIF-1α, koji se translocira u jezgro i vezuje se za HIF-1β. Kombinirani kompleks HIF-1 aktivira transkripciju mnoštva gena uključenih u odgovor stanične hipoksije, uključujući gene koji kodiraju citokine, faktor rasta vaskularnog endotela (VEGF), osnovni faktor rasta fibroblasta (bFGF) [9] i faktor izveden iz stromalnih stanica 1 (SDF-1) [12], koji imaju istaknutu ulogu u promicanju neovaskularizacije i regeneracije tkiva.

Dimetiloksalilglicin (DMOG) je kompetitivni inhibitor PHD, koji može učinkovito inducirati reakcije oponašanja hipoksije stabilizacijom ekspresije HIF-1α u normoksičnim uvjetima [13]. Intraperitonealna ili intravenska injekcija DMOG-a pružila je neuroprotekciju nakon traumatske ozljede mozga [14]. Međutim, sugerirano je da sistemska primjena DMOG-a uzrokuje potencijalne nuspojave, kao što su povišenje hematokrita, nivoa eritropoetina (EPO) i broja crvenih krvnih zrnaca i povećanje purinergičke signalizacije srca [15]. Stoga su DMOG funkcionalizirane skele sa mogućnošću lokalnog oslobađanja DMOG-a predložene da ponude atraktivne opcije za razvoj regenerativnih materijala za primjenu u tkivnom inženjeringu. Na primjer, Wu i sur. pokazalo je da ugradnja DMOG-a u skele od mezoporoznog bioaktivnog stakla (MBG) poboljšava angiogene kapacitete mezenhimskih matičnih ćelija ljudske kosti (hBMSC), ali i poboljšava njihovu osteogenu diferencijaciju [16]. Ren i dr. izvijestili su da poravnane porozne poli (l -mliječne kiseline) (PLLA) elektropredene vlaknaste membrane koje sadrže DMOG -opterećene mezoporozne nanosfere silicijevog dioksida povećale su stvaranje kapilara i zacjeljivanje rana kod dijabetičnih štakora [17].

Arterije su na spoju s arterijskom krvlju, koja posjeduje mnogo veći udio kisika u usporedbi s kostima, mozgom, jetrom, kožom i drugim važnim organima [18]. Arterijska stijenka se opskrbljuje kisikom iz dva izvora: prvi je proces kojim se kisik transportira iz arterijske krvi u intime i avaskularne arterijske zidove u neposrednoj blizini intime, drugi je proces kojim se kisik dobiva iz vasa vasoruma, koji se nalazi u adventiciji i vanjskom dijelu medija [19]. Međutim, stanje pristupa kisika umjetnih vaskularnih transplantata implantiranih u arterijski sustav i učinak oponašanja hipoksije na vaskularnu regeneraciju ostaje nejasan. Ova nepoznanica dovela je do obrazloženja trenutnog istraživanja: pretpostavili smo da bi induciranje odgovora koji oponaša hipoksiju, u smislu regulacije stabilnosti HIF-1α, moglo poboljšati vaskularnu regeneraciju umjetnih vaskularnih transplantata u kritičnoj ranoj fazi implantacije.

Elektropredenje se široko koristi za proizvodnju fibroznih vaskularnih transplantata zbog povoljnih svojstava koja podržavaju staničnu adheziju i proliferaciju [20]. Walpoth grupa [21] potvrdila je da uobičajeni elektrospun PCL graftovi osiguravaju bolju endotelnu pokrivenost, indukciju taloženja ekstracelularnog matriksa (ECM) i stvaranje neointima. Dakle, uobičajeni elektrospun PCL transplantati su nadmašili ePTFE transplantate u ovim područjima, nakon implantacije u trbušnu aortu štakora tokom 6 mjeseci [21]. Naknadna istraživanja [22] pokazala su da su uobičajeni elektrospun PCL transplantati zadržali odličan strukturni integritet i prohodnost nakon 18 mjeseci, na istom modelu štakora. Međutim, s 12 i 18 mjeseci primijećena je regresija broja stanica, gustoće kapilara i ozbiljna kalcifikacija unutar stijenke transplantata. Ovi ishodi su vjerovatno bili posljedica bio-inertnosti i guste vlaknaste strukture uobičajenih PCL graftova. Gusta vlaknasta struktura uobičajenih elektrospunskih graftova često dovodi do male veličine pora, što negativno utiče na migraciju ćelija u zidove grafta [20]. Celularizacija vaskularnih transplantata ključni je faktor koji određuje uspjeh ili neuspjeh regeneracije i remodeliranja tkiva [23]. Naša prethodna studija je otkrila da povećanjem prečnika vlakana PCL vlakana, može se povećati i prosječna veličina pora elektrospuniranih PCL graftova [23]. Ovo je zauzvrat poboljšalo infiltraciju stanica i vaskularnu regeneraciju [23]. Utvrdili smo da bi makroporozni elektrospunirani PCL grafti (u daljem tekstu PCL graftovi) poslužili kao odgovarajući vještački transplantati koji bi se koristili u promatranju efekata koji oponašaju hipoksiju na vaskularnu regeneraciju, posebno na ćelijske i regenerativne rezultate tkiva unutar zidova grafta.

Nedavna dostignuća u elektrospiningu omogućila su direktnu inkapsulaciju različitih vrsta lijekova i bioaktivnih faktora kako bi se postiglo lokalno i produženo oslobađanje kako bi se promovirala regeneracija tkiva [24]. Stoga smo u ovoj studiji prvo procijenili stanje pristupa kisiku elektrospuniranih PCL graftova koristeći Hypoxyprobe™-1 komplete u modelu zamjene abdominalne aorte štakora. Zatim smo elektrospinovanjem izradili PCL vaskularne transplantate napunjene DMOG-om. Opisana je kinetika oslobađanja DMOG-a, kompatibilnost s krvlju, morfološka i mehanička svojstva PCL graftova opterećenih DMOG-om. Procenili smo in vitro učinak skela opterećenih DMOG-om na regulaciju proliferacije, migracije, proizvodnje dušikovog oksida (NO) i lučenja HUVEC-a vaskularnog endotelnog faktora rasta (VEGF) i učinke na polarizaciju makrofaga RAW264.7 stabilizacijom proteina HIF-1α. Učinci oponašanja hipoksičnih odgovora na poboljšanu vaskularnu regeneraciju i regulaciju upalnog odgovora tada su ispitani implantacijom PCL graftova opterećenih DMOG-om u trbušne arterije štakora.


A5. Oksidativna modifikacija lipida:

Čini se da početni stadijumi kardiovaskularnih bolesti uključuju razvoj pruga masnih kiselina ispod zidova arterija. Makrofagi, imunološke stanice, imaju receptore za koje se čini da prepoznaju oksidirane lipoproteine ​​u krvi koje preuzimaju. Ćelije tada postaju pjenaste ćelije koje sadrže masti koje stvaraju pruge. Oksidacija masnih kiselina u lipoproteinima (moguće ozonom) mogla bi proizvesti lipidne perokside i oksidaciju proteina u lipoproteinima. Kortikalni neuroni pacijenata s fetalnim Down's sindromom pokazuju 3-4 puta nivo unutarstanične reaktivne vrste O2 i povećane razine peroksidacije lipida u usporedbi s kontrolnim neuronima. Ovo oštećenje se sprječava tretiranjem neurona u kulturi sa sredstvima za uklanjanje slobodnih radikala ili katalazom.

Nedavna studija o peroksireoksinima koju su proveli Neumann i sur. Pokazala je važnost ovih genskih proizvoda kod miševa. Peroksidredoksini (koji katalizuju pretvaranje peroksida i tioredoksina u vodu i oksidirani tioredoksin) su mali proteini s aktivnim mjestom cisteina i nalaze se u većini organizama. Transkripcija gena peroksireoksin 1 sisavaca aktivira se oksidativnim stresom. Oni su inaktivirali gen koji je proizveo miša koji se mogao razmnožavati i izgledao je vitalno, ali koji je imao skraćeni životni vijek. Ovi miševi razvili su tešku hemolitičku anemiju i nekoliko vrsta karcinoma. Visoki nivoi reaktivnih vrsta kisika i rezultirajući povećani nivoi oksidiranih proteina pronađeni su u crvenim krvnim zrncima nokautiranih miševa s anemijom. Visoki nivoi 8-oksoguanina, koji su rezultat oksidativnog oštećenja DNK, pronađeni su u ćelijama tumora.


Sažetak A10: Korelacija magnetske rezonancije i molekularne slike pomoću trodimenzionalne neobrađene virtualne kontrole

Sa srednjim preživljavanjem od multiformnog glioblastoma (GBM) koji jedva prelazi 15 mjeseci, postaje imperativ razviti nove alate koji informišu i o napredovanju i o efikasnosti liječenja. Kako agresivan rast GBM-a nadmašuje raspoložive resurse, razvijaju se regije hipoksije. Hipoksija se može klinički procijeniti pomoću [18F]-fluoromizonidazola (FMISO) PET. Međutim, PET snimanje pati od niske rezolucije i artefakta rekonstrukcije. Predstavljamo komparativne i prediktivne rezultate višestepenog modela koji koristi matematičku biologiju raka i fiziku PET snimanja.

Naš matematički model GBM karakterizira ćelije raka u interakciju fenotipova normoksičnih, hipoksičnih i nekrotičnih ćelija koje podržava vaskulatura. Farmakokinetička aktivnost FMISO se indukuje u simuliranom tkivu, a zatim se dobije i rekonstruiše analitičkim simulatorom PET procesa. Ovaj višestepeni proces stvara virtuelne PET slike specifične za pacijenta sa karakteristikama kliničkog PET skeniranja. Proširujući prethodni rad, modelirali smo punu trodimenzionalnu dinamiku progresije tumora, farmakokinetičku aktivnost i FMISO PET za kinetiku tumora šest pacijenata sa GBM. Upoređuju se virtuelne i kliničke FMISO PET slike.

Ukupni hipoksični teret i prostorna distribucija pokazuju snažnu korespondenciju između virtualnih i kliničkih FMISO PET slika za svih šest pacijenata.

Simulirana FMISO PET dinamika, s kinetikom tumora proizašlom iz rutinskih kliničkih MRI skeniranja, pruža jedinstven i razvijajući alat koji daje uvid u biološke veze između magnetske rezonancije i molekularne slike.

Format citata: Joshua Jacobs, Andrea Hawkins-Darrud, Robert Harrison, Sandra Johnston, Paul Kinahan, Kristin Swanson. Korelacija magnetske rezonancije i molekularnog snimanja pomoću trodimenzionalne neobrađene virtualne kontrole. [sažetak]. U: Zbornik radova AACR-ove posebne konferencije o inženjerstvu i fizičkim naukama u onkologiji, od 25. do 28. juna, Boston, MA. Philadelphia (PA): AACR Cancer Res 201777 (2 Suppl): Sažetak br. A10.


PTHrP kao terapijski cilj

Brojne studije dale su uvjerljive dokaze da PTHrP potiče progresiju tumora i kasni recidiv potiskujući tumorske stanice iz mirovanja, što rezultira lošim preživljavanjem pacijenata. Stoga se čini da je PTHrP obećavajući terapijski cilj za liječenje uznapredovalog karcinoma kod ljudi. Nekoliko studija na životinjama pokazalo je smanjenje udaljenih metastaza u kosti inhibitorima malih molekula PTHrP (159) i neutralizirajućim antitijelima (68, 160, 161), međutim, klinički podaci kod ljudi nedostaju. Nadalje, postoji nekoliko ograničenja u našem trenutnom razumijevanju biološke aktivnosti PTHrP-a koja u ovom trenutku uvelike komplikuju razvoj sigurnih i djelotvornih anti-PTHrP terapija. PTHrP je nevjerojatno složen peptid s više različitih domena koji svaki može utjecati na njegovo djelovanje kao endokrini, parakrini, autokrini i intrakrinski signalni molekul. Ovo u kombinaciji s činjenicom da njegove različite izoforme i fragmenti mogu izazvati različite ćelijske odgovore moglo bi rezultirati terapijama usmjerenim na PTHrP koje nenamjerno potiču rast i recidiv tumora ako se koriste u pogrešnoj populaciji pacijenata ili u fazi progresije bolesti. Ovo se posebno odnosi na rak dojke, gdje pretklinički i klinički podaci ukazuju na to da PTHrP inhibira ranu progresiju tumora, ali potiče udaljene metastaze u uznapredovalim stadijumima bolesti (162). Potrebne su studije koje u potpunosti definišu ulogu PTHrP-a u različitim stadijumima raka i u stanju mirovanja tumora kako bi se identifikovao odgovarajući terapeutski okvir za ciljanje PTHrP-a.

Osim direktne inhibicije PTHrP, istraženi su i alternativni pristupi, uključujući usmjeravanje prema uzvodnim regulatorima ekspresije peptida. Kao što je već spomenuto (20), Wnt signalizacija pokreće ekspresiju PTHrP u visoko osteolitičkim stanicama raka i stoga predstavlja potencijalnu terapiju za sprječavanje tumorom induciranog uništavanja kostiju i metastatskog rasta. Međutim, postoje izazovi u terapijskom usmjeravanju Wnt zbog štetnih efekata izvan cilja jer je signalizacija kritična tijekom normalnog razvoja i homoestaze tkiva, posebno stvaranja kostiju (163 �). Međutim, antitumorska aktivnost Wnt inhibitora je ispitana i pokazala je različitu učinkovitost, prvenstveno u predkliničkim modelima gastrointestinalnog karcinoma (166, 167). U tijeku su i brojna klinička ispitivanja koja istražuju inhibitore Wnt puta u više drugih vrsta solidnih tumora [NCT01351103, NCT03901950, NCT02675946, NCT03447470, NCT03395080]. Posljednjih godina, više molekularnih meta specifičnih za ćelije raka, poput vakuolarne ATPaze (v-ATPaze), istraženo je u razvoju Wnt signalnih inhibitora (168, 169). Bafilomicin i konkanamicin, koji se direktno vežu i inhibiraju v-ATPazu, značajno inhibiraju signalizaciju Wnt/β-katenina u stanicama raka debelog crijeva in vitro i smanjuju proliferaciju tumorskih ćelija in vivo bez značajne toksičnosti (168). Selektivni inhibitori dikobraza (PORCN), aciltransferaze koja katalizira posttranslacijsku modifikaciju i aktivaciju WNT liganda, također su pokazali obećavajuću antitumorsku aktivnost in vivo, a pritom štedi tkiva ovisna o WNT-u (170, 171). Iako inhibiranje Wnt puta može biti učinkovita terapija za smanjenje ekspresije PTHrP za liječenje metastatskih karcinoma, potrebno je opsežnije istraživanje kako bi se identificirali najselektivniji inhibitori i najsigurniji terapijski prozor.

Alternativni uzvodni ciljevi uključuju TGF-β koji pojačava ekspresiju Gli2 i zauzvrat povećava tumorsku sekreciju PTHrP (172, 173). Gli2 represija značajno smanjuje tumorom izazvano uništavanje kostiju posredovano TGF-β signalizacijom u MDA-MB-231 ćelijama raka dojke kod ljudi (172). Inhibitori protiv proteina TGF-β i GLI ocijenjeni su u kliničkim ispitivanjima kao terapija protiv raka (174) [clinictrials.gov]. Druga studija je pokazala da EGF receptor podstiče proizvodnju PTHrP, budući da liječenje erlotinibom, inhibitorom tirozin kinaze EGF receptora, potiskuje ekspresiju PTHrP u ćelijama raka pluća ne-malih stanica i smanjuje osteolizu (175). Drugi inhibitori tirozin kinaze receptora EGF -a, uključujući gefitinib, također smanjuju nivoe PTHrP (176). Na kraju, ciljanje na nizvodne efektore PTHrP-a također može pružiti efikasnu strategiju. Na primjer, kao što je ranije spomenuto, prekomjerna ekspresija PTHrP (1 �) u MCF7 stanicama također potiskuje ekspresiju i nizvodnu signalizaciju LIFR -a, poznatog supresora tumora dojke i faktora mirovanja u kosti (28). Slijedom toga, snižavanje regulacije LIFR -a potiče nastanak stanica raka dojke kod ljudi iz mirovanja u kostima. Liječenje inhibitorom histon deacetilaze valproičnom kiselinom kasnije povećava ekspresiju LIFR -a u ljudskim stanicama raka dojke MCF7 in vitro, sugerirajući da ciljanje LIFR -a, nizvodnog faktora u signaliziranju PTHrP -a, može učinkovito održavati tumorske stanice u stanju mirovanja kako bi se spriječio nastanak metastaza. Stoga bi trebalo razmotriti više strategija kako bi se razvile najizbornije i najefikasnije terapije usmjerene na PTHrP.


Signalizacija faktora induciranog hipoksijom u plućnoj hipertenziji

1 Odsjek za razvoj i remodeliranje pluća, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, član Njemačkog centra za istraživanje pluća (DZL), član Kardio-plućnog instituta (CPI), Bad Nauheim, Njemačka.

2 Odsjek za internu medicinu, Univerziteti u Giessenu i Marburg Lung Center, član DZL -a i CPI -a, Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

3 Institut za zdravlje pluća (ILH), Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

4 Frankfurtski institut za rak (FCI), Goethe univerzitet, Frankfurt na Majni, Njemačka

Adresa se dopisuje na: Soni Savai Pullamsetti, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, Parkstraße 1, 61231 Bad Nauheim, Njemačka. Telefon: 49.6032.705.380 E-pošta: [email protected]

Pronađi članke Pullamsetti, S. u: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 Odsjek za razvoj i remodeliranje pluća, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, član Njemačkog centra za istraživanje pluća (DZL), član Kardio-plućnog instituta (CPI), Bad Nauheim, Njemačka.

2 Odsjek za internu medicinu, Univerziteti u Giessenu i Marburg Lung Center, član DZL -a i CPI -a, Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

3 Institut za zdravlje pluća (ILH), Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

4 Frankfurtski institut za rak (FCI), Goethe univerzitet, Frankfurt na Majni, Njemačka

Adresa se dopisuje na: Soni Savai Pullamsetti, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, Parkstraße 1, 61231 Bad Nauheim, Njemačka. Telefon: 49.6032.705.380 E-pošta: [email protected]

Pronađi članke Mamazhakypova, A. u: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 Odsjek za razvoj i remodeliranje pluća, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, član Njemačkog centra za istraživanje pluća (DZL), član Kardio-plućnog instituta (CPI), Bad Nauheim, Njemačka.

2 Odsjek za internu medicinu, Univerziteti u Giessenu i Marburg Lung Center, član DZL -a i CPI -a, Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

3 Institut za zdravlje pluća (ILH), Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

4 Frankfurtski institut za rak (FCI), Goethe univerzitet, Frankfurt na Majni, Njemačka

Adresa se dopisuje na: Soni Savai Pullamsetti, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, Parkstraße 1, 61231 Bad Nauheim, Njemačka. Telefon: 49.6032.705.380 E-pošta: [email protected]

Pronađi članke Weissmanna, N. u: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 Odsjek za razvoj i remodeliranje pluća, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, član Njemačkog centra za istraživanje pluća (DZL), član Kardio-plućnog instituta (CPI), Bad Nauheim, Njemačka.

2 Odsjek za internu medicinu, Univerziteti u Giessenu i Marburg Lung Center, član DZL -a i CPI -a, Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

3 Institut za zdravlje pluća (ILH), Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

4 Frankfurtski institut za rak (FCI), Goethe univerzitet, Frankfurt na Majni, Njemačka

Adresa se dopisuje na: Soni Savai Pullamsetti, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, Parkstraße 1, 61231 Bad Nauheim, Njemačka. Telefon: 49.6032.705.380 E-pošta: [email protected]

Pronađi članke Seeger, W. u: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 Odsjek za razvoj i remodeliranje pluća, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, član Njemačkog centra za istraživanje pluća (DZL), član Kardio-plućnog instituta (CPI), Bad Nauheim, Njemačka.

2 Odsjek za internu medicinu, Univerziteti u Giessenu i Marburg Lung Center, član DZL -a i CPI -a, Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

3 Institut za zdravlje pluća (ILH), Univerzitet Justus Liebig, Giessen, Njemačka.

4 Frankfurtski institut za rak (FCI), Goethe univerzitet, Frankfurt na Majni, Njemačka

Adresa se dopisuje na: Soni Savai Pullamsetti, Institut Max Planck za istraživanje srca i pluća, Parkstraße 1, 61231 Bad Nauheim, Njemačka. Telefon: 49.6032.705.380 E-pošta: [email protected]

Pronađi članke Savaija, R. u: JCI | PubMed | Google Scholar | />

Objavljeno 3. septembra 2020. - Više informacija

Plućnu hipertenziju (PH) karakterizira remodeliranje plućne arterije koje kasnije može kulminirati zatajenjem desnog srca i preranom smrću. Novi dokazi sugeriraju da signalizacija faktora izazvanog hipoksijom (HIF) igra fundamentalnu i ključnu ulogu u patogenezi PH. Ovaj pregled rezimira regulaciju izoformi HIF-a i njihov utjecaj na različite PH podtipove, kao i razrađene uvjetne i ćelijski specifične studije nokaut miševa koje su pokazale ulogu ovog puta. Također raspravljamo o trenutnom pretkliničkom statusu pan- i izoform selektivnih inhibitora HIF-a i predlažemo nova područja istraživanja koja bi mogla olakšati inhibiciju HIF izoformne specifičnosti kao novu terapijsku strategiju za PH i zatajenje desnog srca.

Faktor transkripcijskog faktora uzrokovanog hipoksijom (HIF) glavni je regulator homeostaze kisika koji djeluje kao heterodimerni kompleks sastavljen od α podjedinice osjetljive na kisik (HIF-α uključujući HIF-1α, HIF-2α [EPAS1] i HIF- 3α) i β podjedinicu neosjetljivu na kisik (HIF-β uključujući HIF-1β [nuklearni translokator receptora aril ugljovodonika, ARNT1], ARNT2 i ARNT3) (1). U oksigeniziranim stanicama HIF-α podjedinica se inaktivira hidroksilacijom pomoću proteina domene prolil hidroksilaze (PHD) i faktora koji inhibiraju HIF (FIH), što omogućava vezivanje von Hippel – Lindau (VHL) tumorskog supresorskog proteina, komponente E3 kompleks ubikvitin ligaze koji naknadno cilja hidroksilirani HIF-α za proteasomsku degradaciju. U uslovima hipoksije, kiseonik postaje ograničen, što dovodi do slabljenja hidroksilacije HIF-α i rezultira stabilizacijom HIF-α podjedinica. Ovo pokreće nuklearnu translokaciju i vezivanje HIF-α podjedinice sa HIF-β podjedinicom, a ovaj aktivirani HIF inicira adaptivni odgovor na hipoksiju indukcijom ili potiskivanjem širokog spektra gena uključenih u regulaciju vaskularnog tonusa, angiogenezu, eritropoezu, ćeliju metabolizam, proliferaciju, preživljavanje i autofagni odgovor (1). Međutim, nehipoksični uvjeti, odnosno faktori rasta, hormoni ili citokini, također moduliraju HIF-α podjedinice na različitim nivoima (transkripcija gena, obrada mRNA, interakcije protein-protein i posttranslacijske modifikacije za detaljan opis vidi ref. 1, 2) i regulišu mnoštvo signalnih puteva. U plućima, HIF orkestriraju fiziološki odgovor na hipoksiju i doprinose patogenezi brojnih poremećaja, uključujući rak pluća, kroničnu opstruktivnu bolest pluća (KOPB), plućnu fibrozu (PF) i plućnu hipertenziju.

Plućna hipertenzija (PH) je ozbiljan plućni vaskularni poremećaj koji karakterizira prekomjerna proliferacija vaskularnih stanica, povećano taloženje izvanstaničnog matriksa i nakupljanje upalnih stanica unutar plućne vaskularne stjenke, što zajedno rezultira povećanjem plućnog vaskularnog otpora (3). Uprkos opsežnim istraživanjima u ovoj oblasti, mehanizmi razvoja i progresije bolesti nisu u potpunosti razumljivi (4). Među mnogim nereguliranim signalnim putevima, signalizacija HIF -a identificirana je kao jedan temeljni mehanizam koji određuje napredovanje bolesti ne samo u plućnoj arterijskoj hipertenziji (PAH grupa I PH), već i u PH zbog plućnih bolesti i/ili hipoksije, uključujući PH povezanu s kronično visokom visinska izloženost (5, 6), KOPB (7) i PF (8) (grupa III PH). Značajno je da je povećana ekspresija HIF-1α uočena u plućnim tkivima pacijenata sa PAH (9-13), hroničnom tromboembolijskom PH (14) i idiopatskom PH povezanom s PF (15, 16), dok je HIF-2α povezan s kongenitalnom dijafragmalnom kilom povezanom PH (17). Osim toga, neonatalni pacijenti s PH povezanim s akutnom respiratornom bolešću također pokazuju povećane cirkulirajuće razine HIF-1α (18). Štaviše, HIF-1α i njegovi ciljni geni vaskularni endotelni faktor rasta (VEGF) i eritropoetin (EPO) su pojačano regulirane u perifernim krvnim stanicama novorođenčadi s cijanozom i perzistentnom PH, pa predstavljaju rane markere generalizirane hipoksije (19). Slično, povećanje progenitornih ćelija koje potiču iz koštane srži u cirkulaciji uočeno kod pacijenata sa PAH reguliše se hemokinskim ligandom 12 C-X-C motiva HIF-1α (CXCL12) ekspresija u endotelnim stanicama plućne arterije (PAEC) (20). Ćelijski izvori povećane ekspresije HIF-1α u plućnom tkivu pacijenata sa PH su PAEC (16, 21) i ćelije glatkih mišića plućnih arterija (PASMC) (22, 23). Dok neki izvještaji pokazuju povećanje regulacije HIF-1α u plućnim arterijama pacijenata sa PAH (24), drugi pružaju dokaze o smanjenju HIF-1α u PASMC-ovima izoliranim od idiopatskih pacijenata sa PAH (IPAH) (25, 26). Pacijenti s PAH-om također pokazuju povećanu plućnu ekspresiju HIF-1β (11), a slično je pokazano da je ekspresija HIF-2α povećana u plućnim arterijama pacijenata s PAH (24, 27) i PH povezanim s IPF (16) . Ćelijski izvori povećane ekspresije HIF-2α u plućnom tkivu pacijenata sa PH su uglavnom PAEC (16, 27, 28), što ukazuje na tip ćelije i specifičnu regulaciju HIF izoforma u PH.

Aktivacija HIF -ova u različitim podvrstama PH sugerira da, uz kroničnu hipoksiju, i drugi faktori odgovorni za pokretanje PH (varijante gena, vazokonstrikcija, endotelna disfunkcija, abnormalnosti mitohondrija, neregulirani rast stanica i upala) mogu aktivirati signalne puteve HIF -a da izazovu promjene u plućnim vaskularnim stanicama, upalnim stanicama i srčanim stanicama koje preoblikuju plućnu vaskulaturu i desnu komoru (RV) (slika 1).

Novi koncepti HIF signalizacije u plućnoj hipertenziji. Novi dokazi pokazuju da se mnogi pro-PH faktori, osim hipoksije, kao što su upala, mehaničko rastezanje, oksidativni stres i genetska predispozicija, konvergiraju na signalnim putevima HIF-a, uzrokujući promjene u vaskularnom tonusu, angiogenezi, metabolizmu i preživljavanju stanica koje kasnije dovode do remodeliranje plućnih krvnih žila i desne komore. VHL, von Hippel -Lindau -ov tumorski supresor αAR, α1β-adrenergički receptor iNOS, inducibilna sintaza dušikovog oksida HO-1, hem oksigenaza-1 TRPC1, potencijal prijelaznog receptora kanonski 1 KCNA5, kanal s kalijevim naponom, potporodica tresača, član 5 KCNMB1, podjedinica kalijevog kanala aktivirana kalcijem 1 PAI-1, inhibitor aktivatora plazminogena-1 TF, transferin TFR, receptor transferin EPO, eritropoetin PDK1, piruvat dehidrogenaza kinaza 1 IGF2BP1, inzulinu sličan faktor rasta 2 mRNA-vezujući protein 1 p21, inhibitor kinaze zavisne od ciklina 1 CCNG2, ciklin -G2 DEC1, izbrisan kod raka jednjaka 1.

Genske varijante HIF puta. Genske varijante molekula HIF puta identificirane u populacijama na visokim nadmorskim visinama i u pacijenata s čuvaškom policitemijom ilustriraju važnost HIF puta u adaptaciji i remodeliranju plućnih krvnih žila. Čuvašku policitemiju karakteriše prisustvo R200W (598C>T) missense mutacije u VHL, koja smanjuje njegovo vezivanje za hidroksilovane HIF-α podjedinice i na taj način povećava nivoe HIF-1α i HIF-2α (29). Ovo dovodi do ekspresije HIF ciljnih gena uključujući EPO i VEGF i rezultira razvojem policitemije. U čuvaškoj policitemiji, osim eritrocitoze, pronađeno je i nekoliko mutacija gubitka funkcije VHL-a, uključujući D126N (376G & gtA) (30), D126N (376G & gtA)/S183L (548C & gtT) (31) i M54I (162G & gtC) s većim pritiskom plućne arterije u mirovanju (PAP), teškom PH i disfunkcijom RV -a (32 - 35). Štaviše, mutacija u HIF-2α G537R, koja narušava HIF-2α hidroksilaciju, izazivajući porodičnu eritrocitozu, takođe je povezana sa PH (36).

Nekoliko studija odabira na cijelom genomu provedeno je na populacijama visokih planina, uključujući Tibetance, Etiopljane i Ande (5, 6), a identificirali su signale pozitivne selekcije za varijante gena na i oko puta FZO-a koji su omogućili da se te populacije prilagode životu kod visinske hipoksije. Međutim, dugoročno boravište na visokim nadmorskim visinama može dovesti do stalnog povećanja PAP-a i razvoja PH. Među svim visinskim populacijama, Tibetanci imaju najniži PAP (37). Studija gena kandidata zasnovana na rezultatima analiza na cijelom genomu koja je identificirala varijante gena povezane s prilagodbom na velikoj nadmorskoj visini pokazala je da EPAS1 (HIF-2α) varijante su povezane sa nižim PAP kod Tibetanaca (38). Štaviše, Tibetanci koji žive na malim nadmorskim visinama, ali imaju varijante gena EPAS1 (kodiranje HIF-2α) i EGLN1 (kodiranje PHD2) prikazuju tupu hipoksičnu plućnu vazokonstrikciju (39). Stoga su potrebne buduće studije kako bi se ocrtala uloga varijanti gena puta HIF u pokretanju osjetljivosti ili otpornosti na PH na velikim visinama među autohtonim populacijama na velikim visinama.

Vazomodulatorni faktori. Pokazalo se da različiti vazomodulacijski čimbenici reguliraju stabilnost izoforme HIF -a i transkripcijsku aktivnost u PAEC -ovima (slika 2 i tablica 1). Dušikov oksid (NO) održava plućni vaskularni tonus, a njegova smanjena regulacija uključena je u patogenezu PH. Nedavna istraživanja pokazuju da NO ima centralnu ulogu u regulaciji osi/hipoksije. Na primjer, u PAEC-ima hipoksija dovodi do post-transkripcijske negativne regulacije ekspresije endotelne NO sintaze (eNOS) pomoću cis–prirodna antisens RNA sONE (40), što dovodi do nižih nivoa NO i povećane stabilnosti HIF-1α. Shodno tome, niski nivoi NO zbog delecije eNOS također uzrokuju stabilizaciju HIF-1α i migraciju normoksičnih endotelnih ćelija (EC) (41). Osim toga, endogeni regulatori proizvodnje NO, poput arginaze-2 i asimetričnog dimetil arginina, utječu na staničnu proliferaciju i upalnu ekspresiju gena stabilizacijom HIF-1α u PAEC-ovima (42). Endotelin 1 (ET-1), snažan vazokonstriktor, također stabilizira HIF-1α, koji zauzvrat promovira glikolitički prekidač izazvan HIF-1α putem proizvodnje reaktivnih vrsta kisika (ROS) posredovanih eNOS-om u PAEC-ima (43). Slično, stimulacija normoksičnih PASMC-ova s ​​ET-1 povećava stabilnost HIF-1α kao rezultat povećanog Ca 2+ i ROS-a i povećava transkripcijsku aktivnost HIF-1α zbog aktivacije ERK1/2 puta, koja fosforilira p300 kako bi povećala njegovo vezanje za HIF-1α ( 44 ). Osim toga, ET-1 potiče stabilizaciju proteina HIF-1α u normoksičnim PASMC-ovima putem defosforilacije RACK1 ovisne o kalcineurinu, što zauzvrat inhibira aktivnost PHD2 (45). Ono što je važno, pokazalo se da HIF također regulira sintezu ET-1. Izlažu miševi sa globalnim nedostatkom NEPAS-a, varijanta transkripta HIF-3α ET-1 prekomjerna ekspresija, koja dovodi do remodeliranja plućnih krvnih žila i proširene kardiomiopatije zbog prekomjerne vaskularizacije tkiva koja je evidentna od rođenja i napreduje u kasnijim fazama života (46). Dakle, HIF i ET-1 formiraju dvosmjernu regulatornu petlju koja igra važnu ulogu u pokretanju plućnog vaskularnog remodeliranja.

HIF signalizacija u PH: uzvodni i nizvodni modulatori u endotelnim stanicama plućne arterije. Vasomodulatorni, mitohondrijski i upalni faktori rasta i epigenetske abnormalnosti povezane s PH reguliraju stabilnost izoforme HIF -a i transkripcijsku aktivnost u endotelnim stanicama plućne arterije (PAEC). Nakon toga, izoforme HIF -a transkripcijski aktiviraju niz gena koji sudjeluju u vaskularnom tonusu, angiogenezi, metabolizmu i proliferaciji stanica. Duge crne linije sa strelicama ukazuju na aktivirajući učinak blokirane crvene linije, inhibicijski učinak ↑, aktivaciju ili pojačanu regulaciju ↓, inaktivaciju ili snižavanje. TFAM, mitohondrijski transkripcijski faktor A PlGF, faktor rasta placente EPOR, receptor eritropoetina ETA/B, endotelinski receptor tip A i B sONE, antisense mRNA ADMA, asimetrični dimetilarginin Cul2, Cullin 2 ATOH8, atonalni BHLH transkripcijski faktor 8 ISCU1/2, proteini za sklapanje klastera željezo-sumpor (Fe-S) 1 i 2 PGPKna phogserate phosphoglce , piruvat kinaza M.

Sažetak studija koje istražuju uzvodne regulatore signalnog puta HIF -a u PH

Upala, faktori rasta i mikroRNA. Hipoksija inducira regulaciju IL-33 i njegovog receptora ST2 u PAEC-ima, što aktivira nizvodno HIF-1α/VEGF signaliziranje što rezultira povećanom proliferacijom, adhezijom i angiogenezom na način ovisan o ST2 (47). Slično, hormoni i faktori rasta kao što su koštani morfogenetski protein (BMP), faktor rasta placente (PlGF), faktor rasta izveden iz trombocita (PDGF), EPO, estradiol i signalni molekuli regulišu transkripcionu aktivnost HIF izoforme u PAEC. Na primjer, kod pacijenata sa PH povezanim sa srpastom ćelijom (povezanim sa SCD), povišeni nivoi PlGF rezultiraju snižavanjem regulacije mikroRNA-199a2 (miR-199a2), negativnog regulatora HIF-1α. Nadalje, transkripcija miR-199a2 posredovana agonistima PPARα oslabljuje ET-1 ekspresija i nivo HIF-1α, poboljšavajući PH u mišjem modelu SCD (48-50). Estradiol negativno regulira ET-1 izražavanje u PAEC -ovima ometanjem aktivnosti FZO -a, vjerovatno konkurencijom za ograničavanje količina CBP/p300 (51). Estradiol također negativno regulira HIF-2α promovirajući njegovu razgradnju estrogenskim receptorima posredovanim β (posredstvom ERβ) regulacijom PHD2 u hipoksičnim PAEC-ovima (52). Nasuprot tome, BMP signalni molekuli SMAD1 i SMAD5 transkripcijski aktiviraju atonalni bHLH transkripcijski faktor 8 (ATOH8) ekspresija, koja stupa u interakciju sa HIF-2α kako bi smanjila njegovu brojnost i ekspresiju svojih ciljnih gena delta-sličnog proteina 4 (DLL4) i angiopoetin-2 (ANGPT2) u PAEC-ima izloženim hipoksiji (53). Miševi ATOH8-KO spontano razvijaju PH, što ukazuje na važnu ulogu BMP signalizacije u regulaciji HIF puta. Štaviše, ekspresija miR-322/424 vođena HIF-1α u ljudskim ECs smanjuje degradaciju HIF-1α izazivajući post-transkripcijsku represiju cullin-2, proteina skele E3 ubikvitin ligaze (54).

Međutim, što se tiče PASMC-ova, pokazalo se da unakrsna regulacija između adhezijskog molekula CD146 i HIF-1α putem NF-κB u PASMC-ima izaziva remodeliranje plućnih krvnih žila. Poremećaj osi CD146/HIF-1α u PASMC-ovima otupljuje vaskularno remodeliranje i proizvodi izrazito slabljenje PH (55). Nadalje, pretjerana proliferacija u PASMC se javlja nakon izlaganja faktorima rasta, kao što su epidermalni faktor rasta (EGF), FGF2, PDGF, ili je posredovana HIF-1α, ali ne i aktivacijom HIF-2α (56), što sugerira da HIF-1α djeluje nizvodno. ovih faktora rasta, koji su dobro poznati kao faktori koji izazivaju bolesti u PH. PPARγ agonisti imaju antiproliferativni učinak na PASMC preko PPARγ posredovane inhibicije HIF-1α i njegovih nizvodnih gena, kao što su PDK-1, TRPC1, i TRPC6 (57, 58). Međutim, hipoksija inducira snižavanje regulacije PPARγ preko HIF-1α u PASMC-ima (57, 58), što ukazuje na mehanizam negativne povratne sprege između PPARγ i HIF-1α. Između ostalih regulatora, hipoksijom indukovana regulacija miR-206 (59) i miR-150 (60) promovira pro-proliferativni i promigracijski fenotip PASMC ciljanjem HIF-1α. Nadalje, u PASMC-ovima štakora, povećana regulacija molekula vezanih i za SUMOilaciju (SUMO-1) i za deSUMOilaciju (SENP1) dovodi do povećane stabilnosti HIF-1α i transkripcijske aktivnosti, čime se povećava proliferacija (61, 62).

Mitohondrijalne abnormalnosti. Međudjelovanje između mitohondrijskih abnormalnosti, NADPH oksidaza (NOX) i ROS-a utvrđeno je kao važan aktivator HIF-1α u plućnim vaskularnim stanicama u PH (63-65).Na primjer, mitohondrijske abnormalnosti koje pomaknu metabolizam od oksidativne fosforilacije prema glikolizi (posebno aktivacija piruvat dehidrogenaze kinaze [PDK]) dovode do normoksičnog oštećenja protoka elektrona i smanjene proizvodnje mitohondrijskih ROS -a (66). Ovaj pseudohipoksični signal povezan je sa nuklearnom translokacijom HIF-1α. Naprotiv, izveštaji sugerišu da niski nivoi superoksid dismutaze 2 (SOD2), kao što je primećeno u PAEC kod pacijenata sa IPAH, promovišu stabilizaciju HIF-1α zbog povećanih nivoa ROS (21). Mehaničko rastezanje nametnuto PASMC-ima zbog plućnog hemodinamičkog stresa uzrokuje nastanak ROS-a posredovanog mitohondrijskim kompleksom III, koji inducira put NF-κB i inhibira Phd2, što dovodi do aktivacije HIF-1α (67), što ukazuje da sam hemodinamski stres služi kao neovisan regulator HIF-1α. Zaista, nekoliko molekula koji su uzvodni regulatori ROS-a uključeni su u aktivaciju HIF-1α. Na primjer, gubitak sirtuina 3, ključnog regulatora mitohondrijalne funkcije u PASMC, uzrokuje mitohondrijalnu disfunkciju što dovodi do proizvodnje ROS i stabilizacije HIF-1α (68). Kao posljedica toga, miševi sirtuin 3 – KO razvijaju spontanu PH i RV hipertrofiju (68). Nedavno smo identificirali molekularni mehanizam u kojem protein skele, familija domene asocijacije Ras 1A (RASSF1A), djeluje kao ključni regulator signalizacije HIF-1α u PASMC-ima. Nakon hipoksije, HIF-1α se povećava RASSF1A ekspresija, a RASSF1A se stabilizuje fosforilacijom vođenom ROS i protein kinazom C-posredovanom (PKC-posredovanom). RASSF1A zauzvrat stabilizira HIF-1α, što dovodi do povećane transkripcijske aktivnosti HIF-1 (69). Ova ključna povratna petlja RASSF1A-HIF-1α određuje pro-proliferativni i glikolitički prekidač PASMC-a i adventicijskih fibroblasta plućnih arterija (PAAF) (69). Poremećaj preslušavanja RASSF1A/HIF-1α genetskom ablacijom RASSF1A ublažava remodeliranje plućnih krvnih žila kod miševa izloženih kroničnoj hipoksiji.

Pod produženim izlaganjem smanjenim razinama kisika u plućnim vaskularnim stanicama, izoforme HIF -a transkripcijski aktiviraju niz gena (slike 2 i 3) koji reguliraju vaskularni tonus, angiogenezu, metabolizam i proliferaciju. Štaviše, nedavne studije istakle su potencijalnu ulogu zdravstvenih fondova i osnovnih molekularnih mehanizama u disregulaciji urođenog i adaptivnog imunološkog sistema u PH.

HIF signalizacija u PH: uzvodni i nizvodni modulatori u ćelijama glatkih mišića plućne arterije. Signalni putevi povezani sa PH kao što su hipoksija, vazomodulacija, faktori rasta, mehanički stres i putevi oksidativnog stresa regulišu stabilnost HIF izoforme i transkripcionu aktivnost u PASMC. Ovim se reguliraju geni povezani sa staničnom proliferacijom i sintetičkim fenotipovima, kao i geni povezani sa Ca2+ modulacijom/ionskim kanalima, oksidativnim stresom, fragmentacijom mitohondrija i sistemom renin-angiotenzin-aldosteron (RAAS). Duge crne linije sa strelicama ukazuju na aktivirajući učinak blokirane crvene linije, inhibicijski učinak ↑, aktivaciju ili pojačanu regulaciju ↓, inaktivaciju ili snižavanje. C-III, mitohondrijski kompleks III SIRT3, Sirtuin 3 TRPC6, prolazni receptor potencijalnog katjonskog kanala podfamilije C član 1 ili 6 FGFR, receptor faktora rasta fibroblasta Ang-I, angiotenzin I Ang-II, angiotenzin II Ang-(1-7), angiotenzin (1-7) Mas, Ang- (1-7) receptor ATR1/2, angiotenzin receptor tip 1 i 2 ACE, enzim za pretvaranje angiotenzina PIP2, fosfatidilinozitol 4,5-bisfosfat IP3, inozitol trisfosfat DAG, diacilglicerol O2-, superoksid anion PKCα, protein kinaza C alfa PAK1, P21 aktivirana kinaza 1 SENP-1, sentrin-specifična proteaza 1.

PAECs. PAEC pokazuju različite fenotipove (proliferativne, migratorne, angiogene i/ili endotelno-mezenhimalne tranzicije [EndoMT]) tokom PH patogeneze, a izoforme HIF igraju odlučujuću ulogu u definisanju ovih fenotipova. Na primjer, HIF-1 inducira inhibitor kinaze zavisne od ciklina 1B (p27 Kip1 ) povećana regulacija i snižavanje regulacije ciklina D1, što dovodi do smanjene proliferacije i migracije hipoksičnih PAEC -a (70). Nasuprot tome, ekspresija transkripcijskog faktora 4 (OCT4) oktamera koji veže HIF-2 putem miR-130/131 posredovane snižene regulacije signalizacije PPARγ/apelin dovodi do povećane proliferacije PAEC-a (71). Osim toga, i HIF-1 i HIF-2 u PAEC-ima doprinose izmijenjenom metaboličkom fenotipu modulacijom ekspresije različitih mitohondrijalnih enzima kao što je piruvat dehidrogenaza kinaza 1 (PDK1), heksokinaza 1,2 (HK1,2), laktat dehidrogenaza A (LDHA), i transporter glukoze 1,3 (GLUT1,3) za regulaciju anaerobne glikolize i Warburgovog efekta (aerobna glikoliza). Utjecaj HIF-1 na glikolitički metabolizam je dobro utvrđen (72) Warburgov efekt u IPAH mogao bi biti uzrokovan stabilizacijom HIF-1α, neovisno o hipoksičnoj sredini. S druge strane, HIF-2, ali ne i HIF-1, regulacijom faktora transkripcije SNAI1, pokreće EndoMT, mehanizam koji je potencijalno uključen u razvoj okluzivnih intimalnih/neointimalnih lezija i ozbiljnog zadebljanja plućnog vaskularnog zida kod IPAH-a (28). Nadalje, EC HIF-2 utiče na razvoj hipoksične PH putem mehanizma ovisnog o arginazi-1. Osa HIF-2/arginaza-1 disregulira vaskularnu homeostazu NO (73, 74), što rezultira PH u miševa izloženih hipoksiji (73). Posljedično, gubitak EC arginaze-1 umanjuje PH u miševa izloženih hipoksiji (73), a inhibicija arginaze sprječava PH u štakora injektiranih monokrotalinom (MCT) (75). Međutim, pokazalo se da je ekspresija angiopoietina-1 i -2 posredovana HIF-2 u EC-ima bitna za održavanje pravilne plućne vaskularne homeostaze (76, 77). Ovi podaci sugeriraju da HIF-1 i HIF-2 imaju patogene uloge u PH regulirajući različite stanične procese u PAEC-ima.

PASMCs. U PASMC-ovima, izoforme HIF-a ne reguliraju samo gene vezane za staničnu proliferaciju i sintetičke fenotipove, već i gene povezane sa vazokonstrikcijom (Ca 2+ modulacija/ionski kanali), oksidativnim stresom, fragmentacijom mitohondrija i sistemom renin-angiotenzin-aldosteron (slika 3) . Povećana proliferacija PASMC-a i prosintetski fenotipski prekidač primijećeni u hipoksiji posredovani su ekspresijom miR-9-1 i miR-9-3 pokretanom HIF-1, koji negativno reguliraju miokardin (MYOCD) izraz ( 78 ). Povećana proliferacija PASMC pacova povezana je sa inhibicijom BMP puta kao rezultat miR-322 izazvanog HIF-1, ali ne i HIF-2, koji uzrokuje posttranslacijsku represiju Bmpr1a i Smad5 geni (79). Povećana regulacija miR-210 ovisna o HIF-1 uzrokuje otpor apoptoze u PASMC-ima ciljanjem transkripcijskog faktora E2F3 (80). Nasuprot tome, HIF-2 promoviše migraciju i kontraktilnost PASMC koja reaguje na hipoksiju tako što reguliše trombospondin-1 (81). Dakle, više mehanizama doprinosi proliferativnim, promigracijskim i apoptoznim fenotipima rezistencije PASMC-a. Nadalje, hipoksijom indukovana muskularizacija nemuskulariziranih plućnih arteriola uključuje prethodno postojeće ćelije progenitora glatkih mišića (SMC) koje prolaze kroz dediferencijaciju, migraciju u distalnu žilu, proliferaciju i rediferencijaciju (82). Elegantne studije Sheikh et al. pokazalo je da aktivacija ovih matičnih stanica započinje ekspresijom PDGF-β posredovanom HIF-1α (83), a napreduje širenjem ovih SMC-a dobivenih od predaka putem HIF-1α-posredovanog Krüppel-ovog faktora 4 (KLF4) izraz (84). Ove studije pokazuju centralnu ulogu HIF-1 u započinjanju, kao i progresiji muskularizacije plućne arterije kod PH izazvane hipoksijom.

Promjene unutarstanične koncentracije K+ i unutarstanične Ca 2+ ([Ca 2+]i) igraju ključnu ulogu u regulaciji kontrakcije, migracije i proliferacije PASMC -a (2). Značajno je da HIF-1 igra bitnu ulogu u moduliranju [Ca 2+]i nivoa u PASMC -ovima regulirajući ekspresiju različitih ionskih kanala. HIF-1 potiče prekomjernu ekspresiju članova kanala prolaznog receptorskog potencijala (TRPC) TRPC1 i TRPC6 a zatim povećava [Ca 2+ ]i u hipoksičnim PASMC -ovima (85). Osim toga, HIF-1 putem ET-1 potiskuje članove K + kanala s naponom koji naknadno također povećavaju [Ca 2+]i (86). S druge strane, HIF-1 aktivira ekspresiju β1 podjedinica (KCNMB1) K + kanala osjetljivog na kalcij BKCa, koji sprječava pretjerano povećanje [Ca 2+]i u PASMC -ovima (87).

PAAFs. Iako se i HIF-1α i HIF-2α aktiviraju u PAAF-ima kao odgovor na hipoksiju, čini se da indukcija HIF-2α igra dominantnu ulogu u odgovoru na proliferaciju, dok i HIF-1 i HIF-2 povećavaju migraciju PAAF-a u sličnoj mjeri ( 88). Nadalje, studije sugeriraju da je HIF-1 putem regulacije ACE i ACE2 (homolog ACE koji uravnotežuje funkciju ACE) direktno učestvuje u regulaciji sistema renin-angiotenzin-aldosteron i posljedično u proliferaciji PAAF (89-91).

Upalne ćelije. Imune stanice igraju bitnu ulogu u remodeliranju plućnih krvnih žila regulacijom funkcija plućnih vaskularnih stanica (92). Na primjer, hipoksični PAAF pokreću fenotipove profibrotičnih makrofaga pod kontrolom HIF-1, što rezultira oslobađanjem različitih parakrinih faktora. Važno je da se pokazalo da VEGF i IL-6 proizvedeni makrofazima potiču remodeliranje plućnih krvnih žila (12).

Uzimajući u obzir mnoštvo ćelijskih i mehaničkih uloga HIF putanje, nije iznenađujuće da nokautirani modeli miša HIF putanje (Hif1/2α, VHL, i Phd2) dali vrijedne uvide o putu HIF -a u hipoksičnoj adaptaciji plućne vaskulature i razvoju PH (Tabela 2). Ranije studije otkrile su da su geni HIF puta ključni za embrionalni razvoj i da je bialelno brisanje većine tih gena smrtonosno. Na primjer, homozigotno brisanje Phd2 u miševa dovodi do embrionalne smrtnosti Phd1/3 dvostruki nokaut dovodi do održivih i plodnih miševa (93). Potpuno brisanje Hif1a ( 94 ), Hif2a (95), ili Hif1b (96) kod miševa dovodi do embrionalne letalnosti zbog različitih razvojnih defekata. Nasuprot tome, miševi s globalnom heterozigotnom delecijom bilo kojeg od njih Hif1a ili Hif2a dostižu odraslu dob i ne pokazuju fenotipove u homeostatskim stanjima, što ih čini korisnim za proučavanje uloge HIF-a u bolesti. Na primjer, miševi sa heterozigotnom delecijom od Hif1a pokazuju oslabljenu PH i RV hipertrofiju nakon izloženosti hipoksiji (97). Nasuprot tome, miševi s heterozigotnom delecijom od Hif2a potpuno su zaštićeni od PH izazvane hipoksijom (98). Nadalje, kako bi procijenili kako globalno brisanje izoformi HIF-a tijekom života odraslih utječe na PH izazvan hipoksijom, Hu et al. pokazao da globalno Hif1a delecija kod miševa nije spriječila hipoksiju induciranu PH, dok miševi s globalnom Hif2a brisanje nije preživjelo dugotrajnu hipoksiju (99). Obrnuto, globalno parcijalno Hif2a delecija smanjuje razvoj PH izazvanog hipoksijom nakon 5 sedmica kod odraslih miševa (99).

Sažetak studija koje procjenjuju fenotipe genetske manipulacije HIF i HIF regulatora na životinjskim modelima PH

Nadalje, kako bi se otkrila ćelijska i postnatalno specifična uloga komponenti HIF puta u patogenezi PH, različite studije su koristile konstitutivne ili inducibilne ćelijski specifične modele nokaut miševa. Na primjer, Ball i sur. izvijestili su da je postnatalno (inducibilno) brisanje specifično za SMC Hif1a oslabio PH, ali nije uticao na hipertrofiju RV (100). U međuvremenu, u drugoj studiji, miševi sa konstitutivnom SMC specifičnom Hif1a delecija je pokazala pogoršanje PH uzrokovane hipoksijom (101). Novija istraživanja pokazala su da miševi sa konstitutivnim EC specifičnim Hif1a delecije nisu zaštićene od PH i RV hipertrofije izazvane hipoksijom (28, 73). Međutim, u drugoj studiji, miševi s inducibilnom EC Hif1a delecije su zaštićene od PH i RV hipertrofije pod hipoksijom (84). Zanimljivo, inducibilno Hif1a brisanje ni u EK ni u SMC nije spriječilo hipoksiju induciranu PH i RV hipertrofiju (102). Nasuprot tome, postnatalno brisanje (PDGFR-β +)/SMC markera + progenitors potpuno spriječava PH i RV hipertrofiju kod miševa izloženih hipoksiji (84). S obzirom na HIF-2α, Skuli i sur. izvijestili su da su miševi sa EC-specifičnim Hif2a delecija razvija PH i RV dilataciju (ali ne i RV hipertrofiju) zbog vaskularnog istjecanja u plućni parenhim (103). Slično, Tang et al. pokazao da je EC-specifično brisanje Hif2a, ali ne Hif1a, sprječava miševe u razvoju PH u hipoksičnim uvjetima (28). Zanimljivo je da istovremeno brisanje Hif1a i Hif2a u EC također pruža zaštitu od PH i RV hipertrofije izazvane bleomicinom uprkos razvoju plućne fibroze (16). Ovi podaci ukazuju na to da je istaknuta uloga Hif2a u EC -ima je ključno za početak i napredovanje PH. Međutim, rezultate EC-specifičnih modela miša sa brisanjem gena treba tumačiti oprezno, jer, ovisno o tome da li je korišten Cre/ERT2 ili Cre23 sistem, delecija gena može biti isključivo EC-specifična ili ciljana na druge tipove ćelija, respektivno (104) .

Značajno je da je više grupa pokazalo da miševi sa Phd2 delecija u EC -ima spontano razvija ozbiljnu PH povezanu s masivnim plućnim vaskularnim lezijama i nepovoljnim remodeliranjem RV -a, što je evidentno u dobi od 1,5 mjeseca (10, 105, 106). Istovremeno brisanje oboje Phd2 i Hif1a ili Phd2 i Hif2a u EK su identifikovali aktivaciju HIF-2α kao kritični nizvodni modulator nedostatka PHD2 u razvoju PH (10, 105). Zanimljivo je da ti miševi pokazuju povećan mortalitet u dobi od 6-9 mjeseci, vjerojatno zbog progresivnog zatajenja RV -a (10, 105). Podržavajući ovu ulogu aktivnosti HIF-2α u efektu nedostatka PHD2, miševi i sa heterozigotom i sa homozigotom Hif2a G536W mutacije povećanja funkcije razvijaju spontanu PH i RV hipertrofiju bez RV dilatacije (107). Nadalje, miševi koji nose homozigotni knockin ljudske R200W VHL mutacije (kao što je pronađeno kod pacijenata sa Čuvaškom policitemijom) razvijaju PH (108). Značajno, razvoj PH u ovom modelu je oslabljen u okruženju heterozigotne delecije Hif2a, ali ne od Hif1a (108), što ukazuje na istaknutu ulogu HIF-2α u PH izazvanu gubitkom funkcije VHL.

Nadalje, u studiji koja istražuje upalne i imunološki specifične uloge HIF izoforma u patogenezi PH, miševi sa EC-specifičnom delecijom Phd2 razvio spontani PH zbog Hif2a stabilizacija, koja je djelomično oslabljena transplantacijom sa WT stanicama izvedenim iz koštane srži, što ukazuje na to da aktivacija HIF-2 u stanicama izvedenim iz koštane srži doprinosi remodeliranju plućnih krvnih žila (10). Osim toga, miševi s Hif1a delecija u mijeloidnim stanicama djelomično je zaštićena od hipoksije inducirane PH i RV hipertrofije, uglavnom kao rezultat oslabljene aktivnosti makrofaga (109). Slično, miševi sa specifičnim monocitima Hif1a prikaz brisanja oslabljen PH, remodeliranje PA i hipertrofija RV kao odgovor na hipoksiju ili hipoksiju plus izloženost Sugenu 5416 (SuHx) (110). Pored mijeloidnih ćelija, HIF put je takođe uključen u regulaciju limfoidnih ćelija. Na primjer, Hif2a aktivacija izazvana Phd2 delecija uzrokuje imunoregulacijsku disfunkciju (111), što može djelomično objasniti razvoj PH povezane sa smanjenom regulatornom funkcijom T stanica (112). Kolektivno, ove studije sugeriraju da su i makrofagi izvedeni iz koštane srži i T ćelije izvedene iz timusa uključene u plućno vaskularno remodeliranje barem dijelom zbog aktivacije HIF puta.

Uzeto zajedno, globalno, inducibilno i ćelijski specifično brisanje HIF izoformi i molekula HIF puta utvrdilo je tip ćelije i kontekst specifične uloge HIF izoformi u ranim, ali i u kasnim fazama razvoja PH kod odraslih miševa.

RV insuficijencija je jedan od najčešćih uzroka morbiditeta i mortaliteta kod PAH (113). Nakon početka PH, RV se podvrgava remodeliranju kako bi se održala njegova kontraktilnost, koju karakterizira povećana debljina stijenke RV -a i masa te umjerena dilatacija, posredovana hipertrofijom kardiomiocita i taloženjem izvanstaničnog matriksa. Međutim, u nekom trenutku tijekom stalnog preopterećenja pritiskom kompenzacijski mehanizmi RV -a istječu i RV ne uspije (113).

U fiziološkim uslovima, ekspresija HIF-1α je značajno veća u desnoj nego u levoj komori (114). Ekspresija RV HIF-1α je povećana u brojnim životinjskim modelima PH, uključujući MCT štakore (115), pacove izložene hipoksiji (HOX) (116), štakore s plućnom arterijom (PAB) (117), SuHx pacove (117) ) i plućne embolije (PE) štakori (118). Pacovi sa PE pokazuju povećanu ekspresiju RV HIF-1α, a njen nivo je u pozitivnoj korelaciji sa RV hipertrofijom i PAP (118). Zanimljivo, miševi sa Hif2a mutacije povećanja funkcije razvijaju hipertrofiju RV-a, ali ne pokazuju znakove dilatacije RV-a unatoč značajnom povećanju PAP-a, što ukazuje na očuvanu funkciju RV-a (107). U pacijenata s popravljenom Fallotovom tetralogijom, prisutnost mutacija povećanja funkcije u HIF-1α povezana je sa očuvanom RV funkcijom i boljim ishodom zbog povećanog TGF-β1 (TGFB1) ekspresija i fibroza miokarda (119). Zajedno, ovi izvještaji ukazuju na to da je vjerovatno blaga do umjerena aktivacija oba FZO povezana sa očuvanom funkcijom RV. Nasuprot tome, snažno aktiviranje HIF -ova negativno utječe na funkciju RV -a. Na primjer, miševi sa globalno inducibilnim brisanjem Phd2 pokazuju povećan mortalitet zbog teške policitemije i proširene kardiomiopatije (120). Slično, HIF-2 aktivacija kod miševa sa EC specifičnim Phd2 delecija dovodi do spontanog PH sa visokim mortalitetom zbog teškog zatajenja RV (10). Međutim, uloge HIF-ova i PHD-a nisu proučavane u modelima hipertrofije i neuspjeha RV-a sa fiksnim naknadnim opterećenjem pomoću nokauta ili prekomjerne ekspresije specifičnih za ćelije.

Kao što smo već spomenuli, eksperimenti na modelima glodavaca otkrili su da HIF-1/2α ima dubok uticaj na remodeliranje plućnih krvnih sudova. Štaviše, antisens oligonukleotidi da Hif2 (ali ne da Hif1) smanjena muskularizacija krvnih žila, porast PAP-a i hipertrofija RV-a kod miševa izloženih hipoksiji, što sugerira da inhibicija HIF-2α može pružiti terapijski pristup za sprječavanje ili preokretanje razvoja PH (99). Stoga je nastalo veliko zanimanje za razvoj terapeutika usmjerenih na ovaj put. Studije su posebno usmjerile komponente HIF puta, poput PHD2, HIF-1α ili HIF-2α s farmakološkim sredstvima u različitim modelima PH glodara. Većina testiranih agenasa koji direktno ili indirektno inhibiraju HIF -ove uspjeli su spriječiti ili poništiti eksperimentalni PH (Tablica 3).Sredstva/spojevi koji inhibiraju HIF-1α na nivou mRNA (topotekan i kamptotecin), sinteza proteina (2-metoksiestradiol, digoksin, celastramicin, fenetil ester kafeinske kiseline), akumulacija proteina i transkripcijska aktivnost (YC-1), te ciljanje evaluirani su molekuli koji reguliraju HIF os (anti-CD146, mAb AA98, apigenin) ili koji inhibiraju HIF-2α na razini mRNA (C76) ili na razini heterodimerizacije i vezanja DNA (PT2567). Pokazalo se da ovi inhibitori, davani na različite načine (intraperitonealni, intravenozni, potkožni, oralni), sprječavaju, ali i poništavaju PH u različitim životinjskim modelima PH (hipoksija, MCT i SuHx). Posebno, inhibitor HIF-2α C76 pokazao je snažne anti-remodelirajuće učinke u tri eksperimentalna modela PH (27), što ukazuje na to da inhibicija HIF-2 može biti obećavajući terapijski pristup za PH.

Sažetak studija koje procjenjuju učinke farmakoloških agenasa na HIF signalizaciju na životinjskim modelima PH

Podaci dobiveni iz ćelijskih sistema, životinjskih modela i materijala dobijenih od pacijenata dosljedno su potvrdili da su izoforme HIF-a važne komponente PH patogeneze. Hipoksična i pseudohipoksična stanja koja se javljaju u različitim skupinama PH mogu varirati po intenzitetu i trajanju, dopuštajući na taj način složenu interakciju između HIF-1 i HIF-2 u pokretanju patoloških procesa koji su u osnovi remodeliranja plućnih krvnih žila i RV. Životinjski modeli pomogli su da se razjasne nesuvišne i komplementarne uloge HIF-1 i HIF-2. Na primjer, HIF-1 igra važnu ulogu u pokretanju vazokonstrikcije, proliferacije PASMC-a, angiogeneze i kontraktilnosti RV-a, dok HIF-2 igra važnu ulogu u regrutiranju upalnih stanica i u fenotipskom prelasku EC u proinflamatorno stanje i na EndoMT. Ovi podaci ukazuju na dinamičku regulaciju izoformi HIF-a, kao i na ćelijske i kontekstu specifične uloge HIF-1 i HIF-2 u fazama započinjanja, progresije i uspostave plućnog vaskularnog i RM remodeliranja. Iako su uporedne usporedbe miševa sa ćelijskim specifičnim delecijama HIF-1α i HIF-2α u različitim vremenskim točkama izloženosti hipoksiji i dalje potrebne kako bi se utvrdio njihov utjecaj na plućnu vaskulaturu i RV, moguće je da HIF-2α može igraju važnu ulogu u pokretanju bolesti, dok HIF-1α može igrati važnu ulogu u progresiji i produžavanju bolesti. Međutim, kod karcinoma HIF-1α igra dominantnu ulogu u odgovoru na akutnu hipoksiju, dok HIF-2α potiče odgovor na kroničnu hipoksiju, iako su oba uključena u progresiju raka (121). Intrigantno, ovaj HIF prekidač se također opaža u plućnim vaskularnim endotelnim i glatkim mišićnim ćelijama nakon izlaganja hipoksiji (122), što može omogućiti HIF-1 i HIF-2 da igraju divergentne i komplementarne uloge tokom hipoksičnih i pseudohipoksičnih odgovora plućnih vaskularnih i srčanih reakcija. ćelije u PH.

Ovi kontradiktorni podaci u nokaut modelima miša u odnosu na in vitro modele ćelija mogu se objasniti upotrebom akutnog izlaganja hipoksiji (maksimalna izloženost 1-4 dana) u in vitro eksperimentima u odnosu na upotrebu modela na malim životinjama (miševa) za PH u nokaut studijama. Dakle, daljnje studije s inducibilnom delecijom izoformi HIF -a na teškim životinjskim modelima PH (MCT, SuHx kod miševa i štakora) i u vaskularnim stanicama izoliranim od pacijenata s PH i velikih životinja (krava), koje pokazuju i održavaju svoje jedinstvene fenotipe in vitro ( 44), potrebni su za dublji uvid u tip ćelija-i kontekst-specifične uloge HIF izoformi u PH. Nadalje, razumijevanje molekularnih mehanizama koji određuju HIF-1/2 prekidače ili aktivaciju izoforma HIF-a specifičnih za tip ćelije i kontekst u PH će olakšati bolje razumijevanje patofizioloških uloga koje imaju HIF izoforme i potencijalnih kliničkih implikacija ciljanja na njih. Na primjer, PHD2 ima relativno veći utjecaj na HIF-1α, dok PHD3 ima relativno veći utjecaj na HIF-2α (123). Osim toga, molekuli poput sirtuina 1, faktora povezanog s hipoksijom (HAF) i proteina toplinskog šoka (HSP70, HSP90) različito su regulirali razgradnju i aktivnosti različitih izoformi HIF-a u različitim tipovima stanica (121, 124). Nadalje, translacija HIF-2α (ali ne i HIF-1α) povezana je s metabolizmom željeza zbog elementa koji reagira na željezo u 5′-neprevedenoj regiji HIF-2α (125, 126). Međutim, do sada nijedna studija nije istraživala mehanizme koji reguliraju prekidač HIF-1/2 u plućnim vaskularnim i srčanim stanicama nakon izlaganja hipoksiji i drugim nehipoksičnim PH stimulusima. Uzimajući u obzir patofiziološke uloge metabolizma gvožđa, sirtuina i proteina toplotnog šoka u PH (68, 126-128), mogućnost da su ti mehanizmi operativni u navodnom prekidaču HIF-1/2 povezanom sa PH opravdava dalje istraživanje.

Unatoč izrazitoj sličnosti u sekvenci proteina, partnerima u dimerizaciji i mjestima vezanja među proteinima HIF-1α i HIF-2α, dobro je dokumentirano da HIF-1 i HIF-2 aktiviraju različite podskupine gena induciranih hipoksijom u različitim patološkim stanjima, uključujući PH . Nedavna istraživanja sugeriraju da, unatoč dijeljenju identične sekvence prepoznavanja konsenzusa, svaki HIF izoform ima svojstvo koje određuje njegovu distribuciju vezanja po genomu. Na primjer, HIF-1 se veže bliže promotorima, dok se HIF-2 veže za distalne pojačivače, a na njihovu inherentnu distribuciju ne utječu stupanj ili trajanje hipoksije ili tip ćelije (129). Pored toga, diferencijalno regrutovanje drugih faktora transkripcije leži u osnovi HIF-posredovanih ćelijsko-specifičnih hipoksijskih odgovora. Zaista, akumulirani dokazi ukazuju na to da HIF-1α i HIF-2α tvore zasebne multifaktorske komplekse s drugim faktorima transkripcije, kofaktorima i RNA polimerazom II kako bi posredovali različite funkcije HIF-1 ili HIF-2 (130). Stoga je važno identificirati ove komplekse i njihove zajedničke i jedinstvene ciljne gene, ne samo da bi se razumjeli različiti patološki procesi posredovani HIF izoformama, već i da se selektivno inhibiraju funkcije HIF izoforme kao terapijski pristup.

Ukratko, brzo napredujuća istraživanja iznijela su na vidjelo uloge HIF puta specifične za izoformu, kontekst i ćeliju u regulaciji plućnog vaskularnog remodeliranja. Time je uveden novi terapijski pristup u liječenju PH. Inline, HIF-2-selektivni inhibitori poništili su PH u različitim životinjskim modelima PH bez značajnih nuspojava. Posebno, inhibitor malih molekula specifičan za HIF-2 razvijen za liječenje karcinoma bubrega pokazao je povoljan profil sigurnosti u nedavnom ispitivanju faze I (131), koje je ušlo u klinička ispitivanja faze II, te će se uzeti u obzir za klinička ispitivanja među pacijentima sa PH u budućnosti. Direktno poređenje i multicentrična pretklinička ispitivanja pan-HIF inhibitora i HIF-1– i HIF-2-selektivnih inhibitora u različitim životinjskim modelima disfunkcije PH i RV opravdani su pre prelaska u klinički razvoj (132). Naročito, potrebne su daljnje studije kako bi se razvili personalizirani terapeutici, tj. kako bi se utvrdilo pod kojim uvjetima i kod kojih pacijenata s PH inhibicija HIF može pružiti optimalnu terapijsku strategiju. Osim toga, s obzirom na bezbroj uloga HIF -ova i njihov mogući utjecaj na izvanplućne manifestacije kod pacijenata s PH (15, 133), bit će važno pažljivo procijeniti omjer rizika i koristi sistemskih naspram plućno selektivnih inhibitora HIF. Stoga, potrebno je više raditi na identifikaciji novih, potentnih i specifičnijih inhibitora koji ciljaju na jasno definirane točke u HIF putu, nakon čega slijedi selektivna isporuka ovih inhibitora pluća, što će biti ključ za razvoj potencijalnih terapijskih strategija za PH.

Ovaj rad su finansirali Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Njemačka istraživačka fondacija), Projektnummer 268555672, SFB 1213, grantovi za projekte A01, A05, A06 i A10* i Konsolidacijski grant Evropskog vijeća za istraživanje (ERC) (866051 za SSP).

Sukob interesa: Autori su izjavili da ne postoji sukob interesa.


RBR E3 ubikvitin ligaze u tumorigenezi

RING-između-RING (RBR) E3 ligaze su jedna klasa E3 ligaza koju karakteriše jedinstveni RING-HECT hibridni mehanizam koji funkcioniše sa E2s za prenos ubikvitina na ciljne proteine ​​radi razgradnje. Novi dokazi pokazuju da RBR E3 ligaze igraju bitnu ulogu u neurodegenerativnim bolestima, infekcijama, upalama i raku. Akumulirani dokazi su otkrili da RBR E3 ligaze vrše svoje biološke funkcije u različitim vrstama karcinoma modulirajući degradaciju tumorskih promotora ili supresora. Stoga smo saželi različite funkcije RBR E3 ligaza u različitim vrstama raka kod ljudi. Općenito, ARIH1, RNF14, RNF31, RNF144B, RNF216 i RBCK1 imaju prvenstveno onkogene uloge, dok ARIH2, PARC i PARK2 uglavnom imaju funkcije supresije tumora. Štaviše, opisani su i osnovni mehanizmi pomoću kojih su različite RBR E3 ligaze uključene u tumorigenezu i progresiju. Raspravljamo o daljnjem istraživanju koje je potrebno za sveobuhvatno razumijevanje kritične uloge RBR E3 ligaza u karcinogenezi. Nadamo se da naš pregled može potaknuti istraživače da dublje istraže mehanizam karcinogeneze posredovane RBR E3 ligazama i da razviju korisne inhibitore ovih onkogenih E3 ligaza za terapiju raka.


Pogledajte video: A10 по Биологии Демоверсия ЕГЭ 2013 Видеоурок. Lancman School (Decembar 2022).