РЕГУЛЯТОРНЫЙ КАСКАД HIF В ЭПИДЕРМАЛЬНЫХ КЕРАТИНОЦИТАХ: ДИНАМИКА АКТИВНОСТИ И ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ГИПОКСИИ

DOI: https://doi.org/None

А.А. Пантелеев (1), кандидат биологических наук, Л.А. Усакин (1), Е.В. Соловьева (1), кандидат медицинских наук, М.А. Пальцев (2), академик РАН, профессор 1 -Научно-исследовательский центр «Курчатовский институт», Российская Федерация, 123182, Москва, пл. академика Курчатова, д. 1; 2 -Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Российская Федерация, 119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4 E-mail: [email protected]

Введение. Транскрипционная активность фактора, индуцируемого гипоксией-1 (HIF1), не только обеспечивает адаптацию клеток к дефициту кислорода, но и играет важную роль в развитии и контроле функций различных органов и тканей. Данные о роли HIF1, как и гипоксии в целом, в функционировании кожных покровов остаются фрагментарными и противоречивыми. Целью исследования являлись изучение динамики активности HIF1 в кожных покровах, выявление его зависимости от гипоксии и роли в контроле дифференцировки кератиноцитов и формирования эпидермального барьера. Методы. В качестве экспериментальных моделей использовались трансгенные мыши с измененной активностью каскада HIF1 в эпидермисе, а также культуры эпидермальных кератиноцитов человека (N-TERT) и мыши. В качестве методов анализа были использованы полимеразная цепная реакция в реальном времени, Вестерн-блоттинг и иммуногистохимия. Результаты. Эксперименты in vitro показали, что кератиноциты мыши и человека реагируют на острую гипоксию (1% О2) стабилизацией белка HIF1α и активацией экспрессии классических HIF1-зависимых генов – плацентарного фактора роста (PLGF) и эндотелиального фактора роста А (VEGFA). При этом уровень транскрипции HIF1α (мРНК) значительно снижался. В экспериментах на мышах с подавленной активностью гена Arnt в эпидермисе (и соответственно с блокировкой активности HIF1) показано, что HIF1(HIF1α/Arnt) контролирует экспрессию филаггрина (FLG) и лорикрина (LOR) – белков, играющих ключевую роль в дифференцировке кератиноцитов и формировании эпидермального барьера. Заключение. Исследования in vitro и in vivo показали, что гипоксия активирует в эпидермальных кератиноцитах классический каскад HIF1, который регулирует транскрипцию не только известных HIF1-зависимых генов (VEGFα, PLGF), но также экспрессию специфических эпидермальных белков Flg и Lor, контролирующих дифференцировку кератиноцитов и барьерную функцию эпидермиса. Полученные данные указывают на перспективность модуляции активности HIF-каскада в терапии кожных патологий, связанных с нарушениями эпидермальной дифференцировки.
Ключевые слова: 
гипоксия, HIF-каскад, эпидермальная дифференцировка, кератиноциты
Для цитирования: 
Пантелеев А.А., Усакин Л.А., Соловьева Е.В., Пальцев М.А. РЕГУЛЯТОРНЫЙ КАСКАД HIF В ЭПИДЕРМАЛЬНЫХ КЕРАТИНОЦИТАХ: ДИНАМИКА АКТИВНОСТИ И ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ГИПОКСИИ. Молекулярная медицина, 2016; (6): -
Список литературы: 
  1. Fuchs E., Raghavan S. Getting under the skin of epidermal morphogenesis. Nat Rev Genet. 2002; 3 (3): 199–209.
  2. Dunwoodie S.L. The Role of Hypoxia in Development of the Mammalian Embryo. Dev.Cell. 2009; 17 (6): 755–73.
  3. Wang W., Winlove C., Michel C. Oxygen partia pressure in outer layers of skin of human finger nail folds. J. Physiol. 2003; 549 (3): 855–63.
  4. Huang L.E., Gu J., Schau M., Bunn H.F. Regulation of hypoxia inducible factor 1alpha is mediated by an O2-dependent degradation domain via the ubiquitin proteasome pathway. Proc Natl Acad Sci USA. 1998; 95 (14): 7987–92.
  5. Tanimoto K., Makino Y., Pereira T., Poellinger L. Mechanism of regulation of the hypoxiainducible factor-1 alpha by the von Hippel Lindau tumor suppressor protein, EMBO J. 2000; 19 (16): 4298–309.
  6. Semenza G.L. Signal transduction to hypoxiainducible factor 1. Biochem. Pharmacol. 2002; 64: 993–8.
  7. Semenza G.L. Oxygen homeostasis. Wiley Interdiscip Rev Syst Biol. Med. 2010; 2 (3): 336–61.
  8. Wenger R.H., Stiehl D.P., Camenisch G. Integration of oxygen signaling at the consensus HRE. Sci STKE. 2005; (306)re12: 1–13.
  9. Keith B., Johnson R.S., Simon M.C. HIF1a and HIF2a: sibling rivalry in hypoxic tumour growth and progression. Nat Rev Cancer. 2012; 12: 9–22.
  10. Detmar M., Brown L.F., Berse B., Jackman R.W., Elicker B.M., Dvorak H.F., Claffey K.P. Hypoxia regulates the expression of vascular permeability factor/vascular endothelial growth factor (VPF/VEGF) and its receptors in human skin. J. Invest Dermatol. 1997; 108 (3): 263–8.
  11. Wong W.J., Richardson T., Seykora J.T., Cotsarelis G., Simon M.C. Hypoxia-inducible factors regulate filaggrin expression and epidermal barrier function. J. Invest Dermatol. 2015; 135 (2): 454–61.
  12. Park J., Jung, Kim H., Bae I., Kim D., Lee T., Shin D. Hypoxia leads to abnormal epidermal differentiation via HIF-independent pathways. BBRC. 2016; 469: 251–6.
  13. Vasioukhin V., Degenstein L., Wise B., Fuchs E. The magical touch: genome targeting in epidermal stem cells induced by tamoxifen application to mouse skin. Proc Natl Acad Sci USA. 1999; 96 (15): 8551–6.
  14. Tomita S., Sinal C.J., Yim S.H. and Gonzalez F.J. Conditional disruption of the aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (Arnt) gene leads to loss of target gene induction by the aryl hydrocarbon receptor and hypoxia-inducible factor 1alpha. Mol. Endocrinol. 2000; 14: 1674–81.
  15. Wu W.Y. and Morris R.J. Method for the harvest and assay of in vitro clonogenic keratinocytes stem cells from mice. Methods Mol. Biol. 2005; 289: 79–86.
  16. Способ создания биологических тканей. Патент, регистрационный номер Роспатента 2016 115061/20. [Sposob sozdaniya biologicheskih tkanej. Patent, registracionnyj nomer Rospatenta 2016 115061/20 (in Russian)]
  17. Segre J.A., Bauer C. and Fuchs E. Klf4 is a transcription factor required for establishing the barrier function of the skin. Nat. Genet. 1999; 22: 356–60.
  18. Furuse M., Hata M., Furuse K., Yoshida Y., Haratake A., Sugitani Y., Noda T., Kubo A. and Tsukita S. (2002). Claudin-based tight junctions are crucial for the mammalian epidermal barrier: a lesson from claudin-1-deficient mice. J. Cell Biol. 156; 1099–111.
  19. Takagi S., Tojo H., Tomita S., Sano S., Itami S. et al. Alteration of the 4-sphingenine scaffolds of ceramides in keratinocyte-specific Arnt-deficient mice affects skin barrier function. J. Clin. Invest. 2003; 112: 1372–82.
  20. Torales-Cardeña A., Martinez-Torres I., Rodriguez- Martinez S., Gómez-Chávez F. et al. Cross Talk between Proliferative, Angiogenic, and Cellular Mechanisms Orchestred by HIF-1α in Psoriasis. Mediators Inflamm. 2015; 2015: 607363.
  21. Roberts N., Horsley V. Developing stratified epithelia: lessons from the epidermis and thymus. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2014; 3 (6): 389–402.