vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ16.210vavilov-866Research ArticleГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКАHUMAN GENETICSДинамика экспрессии транскрипционных факторов REL, RELA и IRF1 в макрофагоподобной линии U937 после воздействия диоксинаDynamics of REL, RELA and IRF1 transcription factor expression in U937 macrophages after dioxin exposureКашинаЕ. В.KashinaE. V.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

alena_kashina@bionet.nsc.ruОщепковД. Ю.OshchepkovD. Y.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

АнтонцеваЕ. В.AntontsevaE. V.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ШаманинаМ. Ю.ShamaninaM. Y.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ФурманД. П.FurmanD. P.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

МордвиновВ. А.MordvinovV. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RASRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS Novosibirsk State UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и биофизики» Сибирского отделения Российской академии медицинских наукРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS Institute of Molecular Biology and Biophysics SB RAMSRussian Federation201602022017206894898Copyright © Кашина Е.В., Ощепков Д.Ю., Антонцева Е.В., Шаманина М.Ю., Фурман Д.П., Мордвинов В.А., 20172017Кашина Е.В., Ощепков Д.Ю., Антонцева Е.В., Шаманина М.Ю., Фурман Д.П., Мордвинов В.А.Kashina E.V., Oshchepkov D.Y., Antontseva E.V., Shamanina M.Y., Furman D.P., Mordvinov V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/866

Арил-гидрокарбоновый рецептор (AhR) – это активируемый лигандом транскрипционный фактор, который участвует в широком диапазоне критических клеточных событий в ответ на эндогенные сигналы или ксенобиотики. Одним из наиболее известных лигандов, имеющим максимальное сродство к AhR, является 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин (ТХДД, диоксин). Среди диоксиновых ксенобиотиков ТХДД наиболее токсичен и вызывает широкий спектр биологических реакций, включая иммунотоксичность и рак. Комплекс лиганд:AhR:ARNT функционирует как транскрипционный фактор, связываясь со специфической последовательностью в регуляторной области генов-мишеней, называемой dioxin responsive element (DRE). Макрофаги являются ключевыми регуляторами врожденного иммунного ответа и, располагаясь во всех органах и тканях организма, одними из первых встречаются с ксенобиотиками, поэтому изучение влияния диоксина на макрофаги имеет большое значение. Распознавание потенциальных DRE в регуляторных районах генов, кодирующих транскрипционные факторы IRF1, REL, RELA, экспрессирующиеся в макрофагах, проводилось с помощью программного пакета SITECON. Ядерный экстракт и РНК были выделены из макрофагоподобных клеток линии U937, обработанных 10 нМ концентрацией ТХДД (или 0.1 % ДМСО в качестве контроля) в течение 1, 3 и 6 ч. Гель-ретардация с олигонуклеотидами, содержащими потенциально активные DRE, специфичные для промоторных районов IRF1, REL, RELA генов, контрольными олигонуклеотидами и антителами к AhR подтвердила, что AhR вовлечен в образование ДНК/белковых комплексов. Результаты количественной ПЦР-РВ демонстрируют достоверное повышение уровней экспрессии этих генов при воздействии 10 нМ концентрации на U937 макрофаги через 1 ч (характерное время максимальной транслокации комплекса диоксин:AhR:ARNT в ядро). Совокупность полученных результатов подтверждает функциональную активность выявленных DRE, расположенных в регуляторных районах генов IRF1, REL, RELA через Ah-рецепторный путь передачи сигналов.

The aryl hydrocarbon receptor (AhR), a ligand- activated transcription factor, participates in a wide range of critical cellular events in response to endogenous signals or xenobiotic chemicals. 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-para-dioxin (TCDD) is one of the AhR ligands with a very high binding affinity for the AhR. TCDD is the most toxic among the dioxin xenobiotics and induces a broad spectrum of biological responses, including immunotoxicity and cancer. The complex ligand:AhR:ARNT functions as a transcription factor, binding to the dioxin responsive element (DRE) sequences in the regulatory regions of target genes. Macrophages are key regulators of the innate immune response, as well as one of the first types of cells which respond to chemical stress, so the study of the action of TCDD on these cells is important. Putative DREs were predicted using the SITECON software tool in the regulatory regions of the genes encoding transcription factors REL, RELA and IRF1 expressed in macrophages. Nuclear extract and total RNA were isolated from U937 macrophages treated with 10 nM TCDD (or 0.1 % DMSO as a control) for 1, 3 and 6 hours. The binding of the TCDD:AhR:ARNT transcription complex from the nuclear extract with double-stranded oligonucleotides containing the putative DREs was studied by the EMSA. Isolated RNA was used for the study of the TCDD-mediated alteration of gene expression levels using Real-time PCR with SYBR Green I. Obtained data demonstrate the functional activity of DREs in the IRF1, REL, RELA gene promoters via AhR signaling pathway.

макрофагдиоксинAhRтранскрипционные факторы RELRELAIRF1.macrophagedioxinAhRtranscription factors RELRELAIRF1ReferencesBiswas S.K., Chittezhath M., Shalova I.N., Lim J.Y. Macrophage polarization and plasticity in health and disease. Immunol. Res. 2012; 53(1/3):11-24.Biswas S.K., Chittezhath M., Shalova I.N., Lim J.Y. Macrophage polarization and plasticity in health and disease. Immunol. Res. 2012; 53(1/3):11-24.Boutros P.C., Moffat I.D., Franc M.A., Tuomisto J., Okey A.B. Dioxinresponsive AHRE-II gene battery: identification by phylogenetic footprinting. J. Bichem. Biophys. Res. Commun. 2004;321(3):707-715.Boutros P.C., Moffat I.D., Franc M.A., Tuomisto J., Okey A.B. Dioxinresponsive AHRE-II gene battery: identification by phylogenetic footprinting. J. Bichem. Biophys. Res. Commun. 2004;321(3):707-715.Connor K.T., Aylward L.L. Human response to dioxin: aryl hydrocarbon receptor (AhR) molecular structure, function, and dose-response data for enzyme induction indicate an impaired human AhR. J. Toxicol. Environ. Health B. Crit. Rev. 2006;9(2):147-171.Connor K.T., Aylward L.L. Human response to dioxin: aryl hydrocarbon receptor (AhR) molecular structure, function, and dose-response data for enzyme induction indicate an impaired human AhR. J. Toxicol. Environ. Health B. Crit. Rev. 2006;9(2):147-171.Denison M.S., Nagy S.R. Activation of the aryl hydrocarbon receptor by structurally diverse exogenous and endogenous chemicals. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2003;43:309-334.Denison M.S., Nagy S.R. Activation of the aryl hydrocarbon receptor by structurally diverse exogenous and endogenous chemicals. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2003;43:309-334.Esser C., Rannug A., Stockinger B. The aryl hydrocarbon receptor in immunity. Trends Immunol. 2009;30(9):447-454. DOI 10.1016/j.it.2009.06.005.Esser C., Rannug A., Stockinger B. The aryl hydrocarbon receptor in immunity. Trends Immunol. 2009;30(9):447-454. DOI 10.1016/j.it.2009.06.005.Fujii-Kuriyama Y., Kawajiri K. Molecular mechanisms of the physiological functions of the aryl hydrocarbon (dioxin) receptor, a multifunctional regulator that senses and responds to environmental stimuli. Proc. Jpn. Acad. Ser. B. Phys. Biol. Sci. 2010;86(1):40-53.Fujii-Kuriyama Y., Kawajiri K. Molecular mechanisms of the physiological functions of the aryl hydrocarbon (dioxin) receptor, a multifunctional regulator that senses and responds to environmental stimuli. Proc. Jpn. Acad. Ser. B. Phys. Biol. Sci. 2010;86(1):40-53.Fujita H., Samejima H., Kitagawa N., Mitsuhashi T., Washio T., Yonemoto J., Tomita M., Takahashi T., Kosaki K. Genome-wide screening of dioxin-responsive genes in fetal brain: bioinformatic and experimental approaches. Cong. Anom. 2006;46:135-143.Fujita H., Samejima H., Kitagawa N., Mitsuhashi T., Washio T., Yonemoto J., Tomita M., Takahashi T., Kosaki K. Genome-wide screening of dioxin-responsive genes in fetal brain: bioinformatic and experimental approaches. Cong. Anom. 2006;46:135-143.Furman D.P., Oshchepkova E.A., Oshchepkov D.Yu., Shamanina M. Yu., Mordvinov V.A. Promoters of the genes encoding the transcription factors regulating the cytokine gene expression in macrophages contain putative binding sites for aryl hydrocarbon receptor. Comput. Biol. Chem. 2009;33(6):465-468.Furman D.P., Oshchepkova E.A., Oshchepkov D.Yu., Shamanina M. Yu., Mordvinov V.A. Promoters of the genes encoding the transcription factors regulating the cytokine gene expression in macrophages contain putative binding sites for aryl hydrocarbon receptor. Comput. Biol. Chem. 2009;33(6):465-468.Gordon S., Taylor P.R. Monocyte and macrophage heterogeneity. Nat. Rev. Immunol. 2005;5(12):953-964.Gordon S., Taylor P.R. Monocyte and macrophage heterogeneity. Nat. Rev. Immunol. 2005;5(12):953-964.Hunter J.E., Leslie J., Perkins N.D. c-Rel and its many roles in cancer: an old story with new twists. Br. J. Cancer. 2016;114(1):1-6. DOI 10.1038/bjc.2015.410.Hunter J.E., Leslie J., Perkins N.D. c-Rel and its many roles in cancer: an old story with new twists. Br. J. Cancer. 2016;114(1):1-6. DOI 10.1038/bjc.2015.410.Kerkvliet N.I. TCDD: an environmental immunotoxicant reveals a novel pathway of immunoregulation – a 30-year odyssey. Toxicol. Pathol. 2012;40(2):138-142.Kerkvliet N.I. TCDD: an environmental immunotoxicant reveals a novel pathway of immunoregulation – a 30-year odyssey. Toxicol. Pathol. 2012;40(2):138-142.Komura K., Hayashi S., Makino I., Poellinger L., Tanaka H. Aryl hydrocarbon receptor/dioxin receptor in human monocytes and macrophages. Mol. Cell Biochem. 2001;226(1/2):107-118.Komura K., Hayashi S., Makino I., Poellinger L., Tanaka H. Aryl hydrocarbon receptor/dioxin receptor in human monocytes and macrophages. Mol. Cell Biochem. 2001;226(1/2):107-118.Mandal P.K. Dioxin: a review of its environmental effects and its aryl hydrocarbon receptor biology. J. Comp. Physiol. B. 2005;175:221-230.Mandal P.K. Dioxin: a review of its environmental effects and its aryl hydrocarbon receptor biology. J. Comp. Physiol. B. 2005;175:221-230.Meyer L.R., Zweig A.S., Hinrichs A.S., Karolchik D., Kuhn R.M., Wong M., Sloan C.A., Rosenbloom K.R., Roe G., Rhead B., Raney B.J., Pohl A., Malladi V.S., Li C.H., Lee B.T., Learned K., Kirkup V., Hsu F., Heitner S., Harte R.A., Haeussler M., Guruvadoo L., Goldman M., Giardine B.M., Fujita P.A., Dreszer T.R., Diekhans M., Cline M.S., Clawson H., Barber G.P., Haussler D., Kent W.J. The UCSC Genome Browser database: extensions and updates 2013. Nucl. Acids Res. 2013;41:64-69.Meyer L.R., Zweig A.S., Hinrichs A.S., Karolchik D., Kuhn R.M., Wong M., Sloan C.A., Rosenbloom K.R., Roe G., Rhead B., Raney B.J., Pohl A., Malladi V.S., Li C.H., Lee B.T., Learned K., Kirkup V., Hsu F., Heitner S., Harte R.A., Haeussler M., Guruvadoo L., Goldman M., Giardine B.M., Fujita P.A., Dreszer T.R., Diekhans M., Cline M.S., Clawson H., Barber G.P., Haussler D., Kent W.J. The UCSC Genome Browser database: extensions and updates 2013. Nucl. Acids Res. 2013;41:64-69.Mulero-Navarro S., Fernandez-Salguero P.M. New trends in Aryl hydrocarbon receptor biology. Front. Cell Dev. Biol. 2016;4(45). DOI 10.3389/fcell.2016.00045.Mulero-Navarro S., Fernandez-Salguero P.M. New trends in Aryl hydrocarbon receptor biology. Front. Cell Dev. Biol. 2016;4(45). DOI 10.3389/fcell.2016.00045.Oshchepkov D.Y., Kashina E.V., Antontseva E.V., Oshchepkova E.A., Mordvinov V.A., Furman D.P. Dynamics of IL-12 cytokine expression in human macrophages after dioxin exposure. Rus. J. Genetics: Appl. Res. 2014;4(6):568-574.Oshchepkov D.Y., Kashina E.V., Antontseva E.V., Oshchepkova E.A., Mordvinov V.A., Furman D.P. Dynamics of IL-12 cytokine expression in human macrophages after dioxin exposure. Rus. J. Genetics: Appl. Res. 2014;4(6):568-574.Oshchepkov D.Y., Vityaev E.E., Grigorovich D.A., Ignatieva E.V., Khlebodarova T.M. SITECON: a tool for detecting conservative conformational and physicochemical properties in transcription factor binding site alignments and for site recognition. Nucl. Acids Res. 2004;32:208-212.Oshchepkov D.Y., Vityaev E.E., Grigorovich D.A., Ignatieva E.V., Khlebodarova T.M. SITECON: a tool for detecting conservative conformational and physicochemical properties in transcription factor binding site alignments and for site recognition. Nucl. Acids Res. 2004;32:208-212.Sciullo E.M., Dong B., Vogel C.F., Matsumura F. Characterization of the pattern of the nongenomic signaling pathway through which TCDD-induces early inflammatory responses in U937 human macrophages. Chemosphere. 2009;74(11):1531-1537.Sciullo E.M., Dong B., Vogel C.F., Matsumura F. Characterization of the pattern of the nongenomic signaling pathway through which TCDD-induces early inflammatory responses in U937 human macrophages. Chemosphere. 2009;74(11):1531-1537.Sun Y.V., Boverhof D.R., Burgoon L.D., Fielden M.R., Zacharewski T.R. Comparative analysis of dioxin response elements in human, mouse and rat genomic sequences. Nucl. Acids Res. 2004;32:4512- 4523.Sun Y.V., Boverhof D.R., Burgoon L.D., Fielden M.R., Zacharewski T.R. Comparative analysis of dioxin response elements in human, mouse and rat genomic sequences. Nucl. Acids Res. 2004;32:4512- 4523.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.