В новом исследовании исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крус идентифицировали длинную молекулу некодирующей РНК (днРНК), которая регулирует экспрессию провоспалительных генов в клетках иммунной системы, называемых макрофагами, и влияет на восприимчивость мышей к септическому шоку.
Эта днРНК, называемая GAPLINC, ранее была изучена на предмет ее роли в развитии рака, но оказалось, что она является наиболее экспрессируемой днРНК в макрофагах, которые играют центральную роль в воспалении.
Сьюзан Карпентер, доцент кафедры молекулярной, клеточной биологии и биологии развития Калифорнийского университета в Санта-Круз, сказала, что GAPLINC выделялась, когда ее лаборатория провела секвенирование РНК макрофагов человека и их предшественников, белых кровяных телец, называемых моноцитами.
Последующие эксперименты показали, что уменьшение или устранение GAPLINC привело к усилению экспрессии воспалительных генов как в клетках мыши, так и в клетках человека. Парадоксально, но этот эффект защищал мышей от эндотоксического шока и смерти на мышиной модели сепсиса.
Разница была огромной: все нормальные мыши («дикого типа») умирали в течение дня, в то время как все мыши, у которых был отключен GAPLINC, выжили.
«Наша гипотеза заключалась в том, что мыши с нокаутом будут хуже справляться с моделью эндотоксического шока, поэтому мы были удивлены, обнаружив, что они справились гораздо лучше», – сказал Карпентер, автор статьи о новых результатах, опубликованной 1 февраля в Proceedings of Национальная академия наук.
Некодирующие РНК – это молекулы РНК, которые транскрибируются из генома, но не транслируются в белок, а днРНК представляет собой самый большой класс некодирующих РНК. В последние годы ученые идентифицировали тысячи днРНК в геномах млекопитающих, которые регулируют экспрессию генов в различных биологических процессах.
GAPLINC – один из немногих примеров днРНК, обнаруженных как у людей, так и у мышей.
Эппл Воллмерс, аспирантка лаборатории Карпентера и первый автор статьи, сказала, что результаты секвенирования РНК показали, что GAPLINC сильно экспрессируется во время дифференциации моноцитов в макрофаги.
«Сначала мы думали, что он участвует в регуляции дифференцировки, но когда мы его истощили, это включило воспалительные гены», – сказал Воллмерс. "Это низкий уровень экспрессии, поэтому гены не включаются на том же уровне, что и при активации макрофага в ответ на патоген."
Модель сепсиса на мышах включает в себя воздействие на мышей компонента грамотрицательных бактерий, называемого липополисахаридом (ЛПС, также известного как эндотоксин), который, как известно, вызывает септический шок при бактериальных инфекциях. Карпентер сказал, что, начиная с низкого исходного уровня экспрессии воспалительных генов, воспалительная реакция на ЛПС может уменьшить шок для системы. «Вместо того, чтобы переходить от нуля к 100, вы можете перейти от 10 к 100, и мы думаем, что это обеспечивает некоторую защиту, но мы не уверены, почему», – сказала она.
Макрофаги являются одними из первых клеток, участвующих в реакции организма на любую травму или инфекцию. Они патрульные и службы быстрого реагирования, циркулирующие в крови в виде моноцитов и дифференцирующиеся в макрофаги, которые перемещаются в места, где они необходимы, чтобы помочь бороться с инфекцией или вылечить травму.
«Они помогают включить воспаление, но они также играют важную роль в его снятии», – сказал Карпентер.
Экспрессия GAPLINC включается, когда моноциты дифференцируются в макрофаги, и снижается после того, как клетки подвергаются воздействию LPS. «Между этими этапами происходит что-то интересное, где каким-то образом изменение экспрессии GAPLINC может быть защитным», – сказал Карпентер.
При сепсисе воспалительная реакция становится чрезмерной, поскольку клетки выделяют поток воспалительных белков, называемых цитокинами. Цитокины часто производятся каскадом, поскольку один цитокин стимулирует свои клетки-мишени к выработке дополнительных цитокинов.
Неконтролируемое производство цитокинов часто называют «цитокиновым штормом»."Этот процесс также вызывает свертывание крови, и сгустки крови затем блокируют поток крови, несущей кислород, к критическим органам, что приводит к органной недостаточности и смерти. Сепсис также может быть спровоцирован вирусными инфекциями и может быть связан с тяжелыми случаями COVID-19.
«Самая большая проблема с сепсисом заключается в том, что он происходит так быстро, и когда он начинает развиваться, нет хороших вариантов лечения», – сказал Карпентер.
Лучшее понимание роли GAPLINC в контроле воспалительной реакции и септического шока может открыть новые возможности для разработки лекарств для борьбы с сепсисом.
«Мы далеки от понимания того, как можно нацелить это терапевтически, но, по крайней мере, мы определили путь к достижению цели», – сказал Карпентер.