Sirotik karaciğerde anormal mekanik-mikro ortamı ortaya çıkaran AGE çapraz bağlı hücre dışı matrisin tanımlanması ve yeniden yapılandırılması

Karaciğer fibrozundan gelişen karaciğer sirozu, dünyada 13. ölümcül hastalık haline geldi ve 10.inci Çin’de ölümcül hastalık. Geç evre siroz karaciğer kanserine dönüşme eğilimindedir ve karaciğer kanseri hastalarının ölüm sayısı her yıl Çin’de yaklaşık 400.000’dir ve dünya çapındaki karaciğer kanseri hastalarının ölümlerinin yaklaşık yarısını oluşturmaktadır. Şu anda, karaciğer sirozu için tüm karaciğer nakli dışında etkili bir klinik tedavi yoktur. Sirozlu karaciğer dokusunda yüksek oranda çapraz bağlı hücre dışı matrisin (ECM) oluşumu, sirozun iyileşmesini engelleyen kritik nedenlerden biridir. Bir dizi çalışma, Lizil Oksidaz (LOX) aracılı çapraz bağlanma reaksiyonlarını inhibe ederek ve dolayısıyla çapraz bağlı kollajen skar dokularının oluşumunu inhibe ederek karaciğer sirozunu tedavi etmeye çalışmaktadır. Ancak hiçbiri klinik deneylerde tatmin edici bir terapötik etki elde edemedi. Bu, sirozun yüksek düzeyde çapraz bağlı hücre dışı matrisinin hala yeterince anlaşılmadığını gösterir. Karaciğer, glikoz metabolizmasından sorumlu önemli bir organdır ve siroz, karaciğer dokularında glikoz metabolizması bozukluklarına neden olur. Sirotik hastaların yaklaşık %30’unda eşlik eden diyabet vardır, bu da indirgeyici şekerler (örn. glikoz) tarafından yürütülen İleri Glikasyon Son Ürünleri (AGE) çapraz bağlama reaksiyonları ile sirozlu karaciğer dokularında yüksek oranda çapraz bağlanmış kollajen skar oluşumu arasında potansiyel ilişkiler olduğunu düşündürür. Sirotik karaciğer dokularında kollajen skar oluşumu üzerindeki çapraz bağlanma reaksiyonlarının rolünün derinlemesine araştırılması, karaciğer fibrozunun ilerleme mekanizmasını ortaya çıkarmak ve klinik tedavi için yeni potansiyel hedefler sağlamak için umut vericidir.

Şekil 1. Fibrozisin ilerlemesi sırasında sirozlu karaciğer dokusunda yüksek oranda çapraz bağlanmış kollajen skar oluşumunda çok sayıda çapraz bağlanma reaksiyonu yer alır. Çapraz bağlama reaksiyonları, kollajen fibrillerini birbirine bağlayan çapraz bağların oluşumuna aracılık eder. Çapraz bağlı kollajen matrisi genellikle artan mekanik güç ve proteinaz aracılı bozunmaya karşı direnç gösterir. Yeşil renk, LOX çapraz bağlanmasıyla üretilen Piridinolin çapraz bağları. Kırmızı renk, γ-Glutamil-ε-Lizin çapraz bağları, TGM çapraz bağlanmasıyla üretilir. Mavi renk, CML,CEL,Glukosepane,Pentozidin çapraz bağları AGE çapraz bağlanmasıyla üretilir.

Grubumuz, Gelişmiş glikasyon son ürünlerini (AGE), skarlı karaciğer dokusunda hücre dışı matrisin anormal çapraz bağlanmasının aracıları olarak tanımlamıştır. Çalışma ilk kez “yüksek AGE çapraz bağlı kollajen matrisinin karaciğer sirozunun önemli bir patolojik özelliği olduğunu” ortaya koydu. Çapraz bağlanmış karaciğer ECM’sini in vivo olarak karakterize ederek ve AGE çapraz bağlanmış kollajen matris modelini in vitro yeniden yapılandırarak, AGE çapraz bağlanmasının, hücresel fenotipleri ve fonksiyonları düzenleyen anormal bir biyofiziksel mikro ortama yol açarak kollajen fibrillerinin yapısal ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde değiştirebildiği ortaya çıktı. Ayrıca, AGE çapraz bağlama reaksiyonunun inhibisyonunun potansiyel olarak çapraz bağlı kollajen skar oluşumunu engelleyebileceği ve karaciğer fibrozisinin ilerlemesini hafifletebileceği de gösterilmiştir.

şekil 2. Karaciğer ECM’sinin çapraz bağlanma derecesinin ölçülmesi. (a) Fare karaciğer ECM’sinin hücresizleştirilmesi; (b) AQMC yöntemi kullanılarak karaciğer ECM’sinin çapraz bağlanma derecesinin miktarının belirlenmesi. (c) Bir karaciğer-fibrotik fare modelinde karaciğer ECM’sinin çapraz bağlanma derecelerinin kantitatif sonuçları. (d) Karaciğer sirozu olan hastalardan alınan klinik numunelerde karaciğer ECM’sinin çapraz bağlanma derecelerinin kantitatif sonuçları. Sonuçlar, sirozlu karaciğer ECM’sinin yüksek derecede AGE çapraz bağlanmasına işaret etmektedir.

Bu çalışmada ilk önce sirozlu dokularda yüksek oranda çapraz bağlı skar dokusunun oluşumunda yer alabilecek çeşitli çapraz bağlanma reaksiyonlarını araştırdık. 1.2lizil oksidaz (LOX), transglutaminaz (TGM) ve gelişmiş glikasyon son ürünleri (AGE) aracılık ettiği çapraz bağlanma reaksiyonları gibi (Şekil 1). Hücre Dışı Matrisin (ECM) çapraz bağlanma derecesini tam olarak karakterize etmek ve kantifikasyon işlemi sırasında karaciğer dokusundaki hücresel bileşenler ve metabolitlerin neden olduğu beklenmedik etkileşimi önlemek için, optimize edilmiş kullanarak karaciğer ECM’sini sağlıklı ve sirozlu karaciğer dokularından etkili bir şekilde izole ettik. doku hücresizleştirme tekniği. Sıvı kromatografi-kütle spektrometresini (LC-MS) birleştirerek, karaciğer ECM’sinin çapraz bağlanma derecesini tam olarak ölçmek için Matrise özgü Çapraz Bağlama (AQMC) yönteminin mutlak bir miktarını geliştirdik. AQMC yöntemini kullanarak, ilk kez, yüksek oranda AGE çapraz bağlı karaciğer hücre dışı matrisinin, karaciğer sirozunun kritik bir patolojik özelliği olduğunu gösterdik ve bu sonuç, sirozlu hastalardan alınan klinik numunelerde ve iki farklı karaciğer hayvan modelinde doğrulandı. fibroz (Şekil 2). Kantitatif analiz, sirotik karaciğer dokularında kollajen skar oluşumunda AGE çapraz bağlanmasının LOX çapraz bağlanması ve TGM çapraz bağlanması reaksiyonlarından daha önemli bir rol oynayabileceğini göstermiştir.

AGE çapraz bağlanmasının hücre dışı matris üzerindeki düzenleyici etkilerini ortaya çıkarmak için, AGE çapraz bağlı kollajen matrislerini in vitro olarak farklı çapraz bağlanma dereceleriyle yeniden yapılandırdık ve viskoelastisite açısından in vivo karaciğer fibrozunun gelişimi sırasında hücre dışı matrisin patolojik özelliklerini yeniden ürettik. yapısal özellikler ve çapraz bağlanma dereceleri. Kriyo-elektron mikroskobu ve optik cımbız teknikleri kullanarak, AGE çapraz bağlanmasının kollajen matrisi üzerindeki toplu seviyeden tek fibril seviyesine düzenleyici etkilerini karakterize ettik ve AGE çapraz bağlanmasının bitişik elyafların iç içe geçmesine ve kalın oluşumuna yol açtığını ortaya koyduk. AGE çapraz bağlı kollajen fibrillerinin hücre aracılı yeniden biçimlenmeye karşı direnç göstermesini sağlayan, çapraz bağlı kollajen fibrillerinin stres gevşeme oranının azalmasına neden olan fibril demetleri (Şekil 3).

Figür 3. AGE çapraz bağlanmasının kollajen matrisinin biyomekaniği üzerindeki etkileri. ( a ) Yeniden yapılandırılmış kolajen matrisinin in vitro SEM görüntüleri. (b) Cryo-EM görüntüleri tarafından üretilen kollajen fibrillerinin 3D yeniden yapılandırılmış modelleri. (c) Tek tuzaklı optik cımbız kullanarak toplu kollajen matrisinin viskoelastisitesinin karakterizasyonu. (d) Çift tuzaklı optik cımbız kullanarak tek kollajen fibrillerinin viskoelastisitesinin karakterizasyonu.

Ekibimiz tarafından yapılan önceki çalışma, karaciğer dokusunda hücre dışı matrisin aracılık ettiği ‘para-gerilme’ biyomekanik sinyallerinin hücresel davranışı modüle edebileceğini ve fibroz ilerlemesini daha da şiddetlendirebileceğini öne sürdü. 3,4. Bu, AGE çapraz bağlanmasının, çapraz bağlanmış kollajen matrisinin özelliklerini modüle ederek bu biyomekanik düzenlemeye dahil olabileceğini düşündürmektedir. Makrofajlar, fenotipleri ve fonksiyonları hücre dışı matrisin aracılık ettiği mekanik sinyaller tarafından hassas bir şekilde düzenlenen karaciğer fibrotik hastalığının önemli düzenleyicileridir. 5. Bu çalışmada özellikle AGE çapraz bağlı kollajen matrisinin makrofajlar üzerindeki düzenleyici etkilerini araştırdık. In vitro sonuçlar, AGE ile çapraz bağlanmış kollajen matrisi üzerinde büyüyen makrofajların, çevredeki kollajen fibrillerini yeniden şekillendirmek ve toplamak için azalmış bir kapsam gösterdiğini, bunun sonucunda hücre-matris adezyon moleküllerinin azalmasına, hücre iskeleti düzeneğinin azalmasına ve Histon Deasetilaz 3’ün (HDAC3) ekspresyonunun azalmasına neden olduğunu gösterdi. Bu mekanotransdüksiyon, makrofajlarda aşağı doğru düzenlenmiş bir tip I bağışıklık tepkisine ve yukarı doğru düzenlenmiş bir tip II bağışıklık tepkisine yol açar, bu da potansiyel olarak fibroz sürecini şiddetlendirir. İn vitro modellerimizi kullanarak potansiyel bileşik adaylarını test ederek, küçük moleküllü bileşik Rosmarinik Asitin (RA) in vitro ve bir karaciğer-fibrotik fare modelinde in vivo olarak AGE çapraz bağlı kolajen matrisinin oluşumunu engelleyebileceğini bulduk. Ve karaciğer fibrozunun hafiflemesine, karaciğer-fibrotik fare modelinde RA tedavisinin aracılık ettiği AGE çapraz bağlanmasının inhibisyonunun eşlik ettiği de bulundu (Şekil 4).

Şekil 4. (a) AGE çapraz bağlanması, kollajen matrisinin biyomekanik özelliklerini ve makrofajların aşağı akış immün tepkisini düzenleyebilir. (b) Rosmarinik asit, bir fare modelinde AGE çapraz bağlı kollajen skar oluşumunu engelleyebilir ve karaciğer fibrozunu hafifletebilir.

Özetle, karaciğer sirozu için etkili klinik tedavilerin eksikliği göz önüne alındığında ve siroza genellikle anormal glikoz metabolizmasının eşlik ettiğine dair klinik gözlemden ilham alan araştırma grubumuz, sirozun hücre dışı matrisinin çapraz bağlanma derecesini kesin olarak ölçmek için bir yöntem geliştirdi. Karaciğer dokuları ve karaciğer sirozunun önemli bir patolojik özelliği olarak ilk kez yüksek AGE çapraz bağlı kollajen matrisini belirledik. İn-vivo taklit eden AGE çapraz bağlı kollajen matris modellerini yeniden yapılandırarak, AGE çapraz bağlanmasının kollajen matrisinin biyomekaniği üzerindeki düzenleyici etkilerini ve bunun makrofajlar ve fibrotik hastalık üzerindeki akış aşağı modülatör etkilerini ortaya çıkardık (Şekil 5). Sonuçlarımız, fibrotik hastalığın karakterizasyonu ve mekanik çalışması için güçlü araçlar sağlar ve karaciğer fibrozu tanı ve tedavisi için yeni görüşler ve potansiyel hedefler sağlar.

Şekil 5. Bu çalışmanın grafiksel özeti.

Referanslar:

[1] Lyu C, Kong W, Liu Z, Wang S, Zhao P, Liang K, Niu Y, Yang W, Xiang C, Hu X, Li X, Du Y. Hücre dışı matrisin anormal çapraz bağlanmasının aracıları olarak gelişmiş glikasyon son ürünleri yaralı karaciğer dokusunda. Doğa Biyomedikal Mühendisliği. 2023.

[2] Kong W, Lyu C, Liao H, Du Y. Kollajen çapraz bağlama: yapı, mekanik ve fibroz ilerlemesi üzerindeki etki. Biyomedikal Malzemeler. 2021, 16(6).

[3] Liu L, You Z, Yu H, Zhou L, Zhao H, Yan X, Li D, Wang B, Zhu L, Xu Y, Xia T, Shi Y, Huang C, Hou W, Du Y. Mechanotransduction-modüle fibrotic microniches Anjiyogenezin karaciğer fibrozisine katkısını ortaya koymak. Doğa Malzemeleri. 2017, 16(12): 1252-1261.

[4] Liu L, Yu H, Zhao H, Wu Z, Long Y, Zhang J, Yan X, You Z, Zhou L, Xia T, Shi Y, Xiao B, Wang Y, Huang C, Du Y. Matris iletilen paratensil sinyal fibrozis genişlemesinde miyofibroblast-fibroblast çapraz konuşmasını sağlar. PNAS. 2020, 117(20): 10832-10838.

[5] Jiang S, Lyu C, Zhao, P., Li W, Kong W, Huang C, Genin GM, Du Y. Cryoprotectant, hücresel mekano-tepkiselliğin 3D olarak araştırılması için gözenekli iskelelerin yapısal kontrolünü sağlar. Doğa İletişimi. 2019, 10(1): 3491.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir