Активация сигнальных молекул марк каскадов в гемопоэтических стволовых клетках костного мозга под воздействием альфа-фетопротеина in vitro

УДК:  577.27; 612.017.1:616-006

Автор статьи:  Богданов А.Ю.

Соавторы:  Богданова Т.М., Кудрина Н.О., Айтхожина Н.А.

Место работы автора:  РГП Научный центр противоинфекционных препаратов

Название журнала:  Биотехнология. Теория и практика

Год выпуска:  2010

Номер журнала:  3

Страницы:  с.50-61

Резюме на казахском языке:  Бұл жұмыста іn vitro сүйек кемігінің АФП-белсендендірілген CD34+CD133+, CD34+CD135+ және CD34+CD117+ ГБЖ мысалында МАРК каскадтарының сигналдық молекулаларының активациясы зерттелді. Нәтижесінде АФП зерттелген ГБЖ барлық субпопуляцияларындағыMEК1/2 және оның нысанасы ERК1/2 фосфорлануын арнайы белсендендіретіні көрсетілді. Өз кезегінде, ERК1/2 нысанылары әртүрлі болды. CD34+CD133+ ГБЖ цитоплазмасында MNК1/2 және Статмин жасушалық циклының реттеуші факторының белсенді түрлері табылды. CD34+CD133+ ГБЖ нуклеоплазмасында MSК1/2, Stat3, Sap1/2, c-Jun және Erg-1 транскрипциялық факторларының, сонымен қатар BRF1 және UBF рибосомалардың биогенезі факторларының белсенді түрлері анықталды. CD34+CD135+ ГБЖ цитоплазмасында RSК1/2/3/4, MNК1/2 және Статминнің белсенді түрлері табылды. CD34+CD135+ ГБЖ ядросында RSК1/2/3/4 киназасының, Stat3, Elk-1, c-Fos, c-Jun, Erg-1 транскрипциялық факторларының және BRF1 және UBF рибосомалардың биогенезі факторларының фосфорланған түрлері анықталды. CD34+CD117+ ГБЖ цитоплазмасында PLA2 және Статминнің фосфорланған түрлері көрсетілді. Ядрода Stat3, Sap1/2, c-Fos, c-Jun, Erg-1 транскрипциялық факторларының және BRF1 рибосомалардың биогенезі факторының белсенді түрлері байқалды. Сонымен, in vitro жағдайында АФП индукциясы кезінде сүйек кемігінің үш типті ГБЖ цитоплазмасы мен нуклеоплазмасында негізгі киназалардыңда, бағынышты киназалардың да, сонымен бірге МАРК белгі беру жолдарының ERК типті реттеушіфакторларының да белсенді формалары анықталды. Бұл МАРК каскадтарының аталған типініңсүйек кемігі ГБЖ АФП әсерінің молекулалық механизмінің бір тармағы ретінде қызмет етуінболжамдауға мүмкіндік береді.

Резюме на английском языке:  The present study is devoted to activation of signaling molecules of MARK cascades in bone marrow HSCs in regard to CD34+CD133+, CD34+CD135+ и CD34+CD133+ HSC subpopulations in the course of their AFP-stimuli in vitro. As a result, AFP is detected to induce specific phosphorylation of MEК1/2 and its ERК1/2 target in all known HSC subpopulation. In its turn, the ERК1/2 targets are different. So, the activated form of MNК1/2 and cell cycle regulatory factor Stathmin is indicated in cytoplasm of CD34+CD133+ HSCs. The activated MSК1/2 form of transcriptional factors Stat3, Sap1/2, c-Jun and Erg-1, as well as ribosome biogenesis factors BRF1 and UBF are detected in nucleoplasm of CD34+CD133+ HSCs. The activated forms of RSК1/2/3/4, MNК1/2 and Stathmin were detected in cytoplasm of CD34+CD135+ HSCs. In CD34+CD135+ HSCs nucleus of were detected phosphorylated forms of RSК1/2/3/4 kinase and transcriptional factors Stat3, Elk-1, c-Fos, c-Jun, Erg-1 and ribosome biogenesis factors BRF1and UBF. The phosphorylated form of PLA2 and Stathmin is indicated incytoplasm of CD34+CD117+ HSCs. The activated forms of transcriptional factors Stat3, Sap1/2, c-Fos, c-Jun and Erg-1 as well as the ribosome biogenesis factor BRF1 are detected in nucleus. Thus, bothactive forms of basic and downstream kinases as well as downstream regulatory factors of ERК’ type of MARK signaling pathways are detected in different types of bone marrow HSCs under AFP inductionin vitro. That enables to say of a possibility of functioning of the given type of MARK cascades as amolecular mechanism pathway of AFP efficacy in bone marrow HSCs.

Список литературы:  
1. Mizejewski Biological roles of alpha-fetoprotein during pregnancy and perinatal development // Exp. Biol. Med. - 2004. - Vol. 229. - P. 439-463.
2. Yin Z.F., Wang C.H. Research advances on alpha-fetoprotein physiological function and clinical potential // Ai Zheng. - 2003. - Vol. 22. - P. 108-121.
3. Mizejewski G.J. Alpha-fetoprotein as a biologic response modifier: Relevance to domain and subdomain structure // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. – 1997. - Vol. 215. - P. 333-362.
4. Sell S., Becker F.F., Leffert H.L., Watabe L. Expression of an oncodevelopmental gene product (alpha-fetoprotein) during fetal development and adult oncogenesis // Cancer Res. - 1976. - Vol. 36. - P. 4239-4249.
5. Trojan J., Uriel J. Immunocytochemical localization of alpha-fetoprotein (AFP) and serum albumin (ALB) in ecto-, meso- and endodermal tissue derivatives of the developing rat // Oncodev. Biol. Med. - 1982. - Vol. 3. - P. 13-22.
6. Mares V., Kovaru F., Kovaru H. Alpha-fetoprotein in the brain of developing rats and pigs. An immunofluorescent study of cell-and-tissue differentiation // Basic Appl. Histochem. - 1982. - Vol. 261. - P. 53-63.
7. Ruoslahti E., Seppala M. Alpha-Fetoprotein in cancer and fetal development. // Adv. Cancer Res. – 1979. – Vol. 29. - P. 275-234.
8. Gabant P., Forrester L., Nichols J., van Reeth T., de Mees C., Pajack B., Watt A., Smitz J., Alexandre H., Szpirer C., Szpirer J. Alpha-fetoprotein, the major fetal serum protein, is not essential for embryonic development but is required for female fertility // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2002. - Vol. 99. - P. 12865-12870.
9. Gillespie J.R., Uversky V.N. Structure and function of alpha-fetoprotein: a biophysical review // Biochim. Biophys. Acta. - 2000. - Vol. 1480, - P. 41-56.
10. Chen H., Egan J., Chiu J.F. Regulation and activities of alpha-fetoprotein // Crit. Rev. Eukaryot. Gene. Exp. - 1997. - Vol. 7. - P. 11–41.
11. Mizejewski G. Levels of AFP during pregnancy and early infancy in normal and disease states // Obstet. Gynecol. Surv. – 2003. – Vol. 58. - P. 17–35.
12. Dudich E., Semenkova L., Gorbatova E., Dudich I., Khromykh L., Tatulov E., Grechko G., Sukhikh G. Growth-regulative activity of human alpha-fetoprotein for different types of tumor and normal cells // Tumor Biol. - 1988. - Vol. 19. - P. 30-40.
13. Toder V., Bland M., Gold-Gefter L., Nebel J. The effect of alpha-fetoprotein on the growth of placental cells in vitro // Placenta. - 1983. - Vol. 4. - P. 79-86.
14. Keel B.A., Eddy K.B., Cho S., Gangrade B.K., May J.V. Purified human alpha fetoprotein inhibits growth factor-stimulated estradiol production by porcine granulosa cells in monolayer culture // Endocrinology. - 1992. - Vol. 130. - P. 3715-3717.
15. Leffert H.I., Sell S. Alpha-fetoprotein biosynthesis during the growth cycle of differentiated fetal rat hepatocytes in primary monolayer culture // J. Cell. Biol. - 1974. - Vol. 61. - P. 823-829.
16. Hamel S., Hoskin D.W., Hooper D.C., Murgita R.A. Phenotype and function of bone marrow-derived T and non-T cells activated in vitro by alpha-fetoprotein // In Mizejewski G.J., Jacobson H.I., Eds. Biological Activities of Alpha-Fetoprotein. - Boca Raton: CRC Press, 1987. - P. 167-177.
17. Scrova I.A., Yunker V.M., Kaledin V.I. High levels of alpha-fetoprotein and persistence of hemopoiesis in the liver of nude mice // Oncodev. Biol. Med. - 1982. - Vol. 3. - P. 351-363.
18. Hwang S.J., Lee S.D., Wu J.C. Clinical evaluation of erythrocytosis in patients with hepatocellular carcinoma // Chuang. Hua. Hsueh. Tsa. Chih. Tapei. - 1994. - Vol. 53. - P. 262-269.
19. Sakisaka S., Watanabe M., Tateishe H., Harada M., Shakado S. Erythropoietin production in hepatocellular carcinoma cells associated with polycythemia: Immunohistochemical evidence // Hepatology. - 1993. - Vol. 18. - P.1357–1362.
20. Bartha J.L., Romero-Carmona R., Comino-Delgado R., Arce F., Arrabal J. Alpha-fetoprotein and hematopoietic growth factors in amniotic fluid // Obstet. Gynecol. – 2000. – Vol.96. - P. 588–592.
21. Bartha, Comino-Delgado R., Arce F., Alba P., Brooullon J.P., Manel B.M. Relationship between alpha-fetoprotein and fetal hematopoiesis // J. Reprod. Med. - 1994. - Vol.44. - P. 689-697.
22. Рыбакова Т.М., Фомичева Е.В., Дубешко С.Ю., Беляев Н.Н., Богданов А.Ю. Влияние альфа- фетопротеина на биологическую активность гемопоэтических стволовых клеток в условиях ex vivo I: воздействие на ростовой потенциал // Биотех. Теор. Практ. - 2007. - №1. - С.76-91.
23. Рыбакова Т.М., Низкородова А.С., Жигайлов А.В., Беляев Н.Н., Богданов А.Ю. Влияние альфа- фетопротеина на биологическую активность гемопоэтических стволовых клеток в условиях ex vivo II: воздействие на экспрессию и продукцию супрессорных факторов, клоногенную активность, самоподдержание и дифференциацию // Биотех. Теор. Практ. - 2007. - №1. - С. 92- 114.
24. Богданова Т.М. Активация стволовых гемопоэтических клеток альфа-фетопротеином: молекулярная организация путей сигнальной трансдукции: Автореф. …канд. биол. наук. – Алматы, 2010. – 22 с.
25. Богданова Т.М., Рыбакова Е.В., Дубешко С.Ю., Бедарева Т.Е., Беляев Н.Н., Кулманов М.Е., Богданов А.Ю. Cтруктура цАМФ-зависимых сигнальных путей, вовлеченных в передачу регуляторного импульса альфа-фетопротеина в гемопоэтических стволовых клетках костного мозга // Здор. и Болез. - 2009. - №6. - С.120-143.
26. Богданова Т.М., Богданов А.Ю., Беляев Н.Н. Анализ вторичных мессенджеров в функциональной активности гемопоэтических стволовых клеток при их индукции альфа-фетопротеином // Биотех. Теор. Практ. - 2008. - №1. - С. 50-68.
27. Рыбакова Е.В., Кулманов М.Е., Богданов А.Ю. Активация Са2+- и цАМФ-зависимых сигнальных путей передачи сигнала в гемопоэтических стволовых клетках костного мозга АФП-инъецированных животных // Вестник КазНУ. Сер. экол. – 2010. – №1. - С. 10-20.
28. Cobb M.H. MAP kinase pathways // Prog. Biophys. Mol. Biol. – 1999. – Vol. 71. - P.479-500.
29. Pearson G., Robinson F., Gibson T.B., Xu B., Karandikar M., Berman K., Cobb M.H. Mitogen-Activated Protein (MAP) kinase pathways: Regulation and physiological functions // Endoc. Rev. – 2001. - Vol. 22. - P. 153-183.
30. Binetruy B., Heasley L., Bost F., Caron L., Aouadli M. Regulation of embryonic stem cell lineage commitment by mitogen-activated protein kinases // Stem Cells. – 2007. – Vol. 25. – P. 1090-1105.
31. Dreesen O., Brivanlou A.H. Signaling pathways in cancer and embryonic stem cells // Stem. Cell. Rev. – 2007. – Vol. 3. - P. 7-17.
32. Geest C.R., Coffer P.J. MAPK signaling pathways in the regulation of hematopoiesis // J. Leukoc. Biol. – 2009. – Vol. 86. - P. 237-250.
33. Sugiura K, Ikehara S, Inaba M. Enrichment of murine bone marrow natural suppressor activity in the fraction of hematopoietic progenitors with interleukin-3 receptor-associated antigen // Experim. Hematol. – 1992. – Vol. 20. – P. 256-263.
34. Закирьянова Г.К., Беляев Н.Н. Изопикническое разделение клеток костного мозга // Методы молекул. биол. биохим. иммунохим. биотех. – Алматы: Гридан, 1999. - С.175-178.
35. Богданов А.Ю., Саввулиди Ф.Г. Тлеулиева Р.Т., Беляев Н.Н. Альфа-фетопротеин как индуктор натуральных супрессорных (NS) клеток костного мозга I. Изотипические фракции NS-клеток и их супрессорные эффекты // Биотех. Теор. Практ. – 2004. – № 3. - С.83-89.
36. Rosenberg I.M. Protein analysis and Purification. – Boston: Birkhauser. 1996. - 434p.
37. Abelev G.I. Alpha-Fetoprotein as a marker of embryo-specific differentiations in normal and tumor tissues // Transplant. Reviews. - 1974. - Vol. 20. - P. 3-37.
38. Laborda J., Naval J., Calvo M., Lampreave F., Uriel J. Alpha-fetoprotein and albumin uptake by mouse tissues during development // J. Biol. Neonate. – 1991. - Vol. 56. - P. 332-341.
39. de Velde E.A., Exalto N., Hesseling P., van Linden H.C. First trimester development of human chorionic villous vascularization studied with CD34 immunohistochemistry // Human Reprod. - 1997. - Vol. 12. - P. 1577-1581.
40. Liang O.D., Korff T., Eckhardt J., Rifaat J., Baal N., Herr F., Preissner K.T., Zygmunt M.Oncodevelopmental ?-fetoprotein acts as a selective proangiogenic factor on endothelial cell from thefetomaternal unit // J. Clin. Endocrinol. Metab. - 2004. - Vol. 89. - P. 1415-1422.
41. Asahara T. Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis // Science. - 1997. – Vol. 275. - P. 964-977.
42. Богданова Т.М., Рыбакова Е.В., Фомичева Е.В., Калыкова А.С., Бедарева Т.Е., Беляев Н.Н.,Богданов А.Ю. Структура Cа2+-зависимых сигнальных путей, вовлеченных в передачурегуляторного сигнала альфа-фетопротеина в гемопоэтических стволовых клетках костногомозга // Здор. и Болез. - 2008. - №6. - С.121-138.
43. Perkins N.D. Integrating cell-signalling pathways with NF-?B and IKK function // Nat. Rev. Mol.Cell Biol. – 2007. – Vol. 8. - P. 49-62.

Электронный вариант:  скачать



В данной работе была изучена активация сигнальных молекул МАРК каскадов в ГСК костного мозгана примере CD34+CD133+, CD34+CD135+ и CD34+CD117+ ГСК в ходе их АФП-стимула in vitro. В результатебыло показано, что АФП специфически индуцирует фосфорилирование MEК1/2 и его мишени ERК1/2 вовсех изученных субпопуляциях ГСК. В свою очередь мишени ERК1/2 были различными. Так, в цитоплазме CD34+CD133+ ГСК была выявлена активированная форма MNК1/2 и регуляторного фактора клеточногоцикла Статмина. В нуклеоплазме CD34+CD133+ ГСК обнаруживалась активированная форма MSК1/2,транскрипционных факторов Stat3, Sap1/2, c-Jun и Erg-1, а также факторов биогенеза рибосом BRF1 и UBF. В цитоплазме CD34+CD135+ ГСК обнаружены активированные формы RSК1/2/3/4, MNК1/2 и Статмина. В ядре CD34+CD135+ ГСК выявлены фосфорилированные формы киназы RSК1/2/3/4, транскрипционных факторов Stat3, Elk-1, c-Fos, c-Jun, Erg-1 и факторов биогенеза рибосом BRF1 и UBF. В цитоплазме CD34+CD117+ ГСК показана фосфорилированная форма PLA2 и Статмина. В ядре CD34+CD117+ ГСК найдены активированные формы транскрипционных факторов Stat3, Sap1/2, c-Fos, c-Jun и Erg-1, а также фактора биогенеза рибосомBRF1. Таким образом, в цитоплазме и нуклеоплазме трех различных типов ГСК костного мозга, при их индукции АФП в условиях in vitro, обнаруживаются как активные формы основных киназ, так и активныеформы подчиненных киназ и регуляторных факторов ERК типа МАРК сигнальных путей. Это позволяетговорить о возможном функционировании данного типа МАРК каскадов в качестве ветви молекулярногомеханизма действия АФП в ГСК костного мозга.

 


Последние Новости

  • 28.11.2012

    Казахстанская общенациональная пробная подписка на IEEE/IET

  • 20.12.2011

    В шаге от цели «Smart»

  • 20.12.2011

    Инновационный прорыв региона

Форма Авторизации

ВойтиВойти
  • Забыли пароль?