Динамика экспрессии транскрипционных факторов REL, RELA и IRF1 в макрофагоподобной линии U937 после воздействия диоксина

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Gordon S., Taylor P.R. Monocyte and macrophage heterogeneity. Nat. Rev. Immunol. 2005;5(12):953-964.

10. 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.

11. Kerkvliet N.I. TCDD: an environmental immunotoxicant reveals a novel pathway of immunoregulation – a 30-year odyssey. Toxicol. Pathol. 2012;40(2):138-142.

12. 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.

13. Mandal P.K. Dioxin: a review of its environmental effects and its aryl hydrocarbon receptor biology. J. Comp. Physiol. B. 2005;175:221-230.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.