Активация лактатных рецепторов GPR81 стимулирует митохондриальный биогенез в клетках эндотелия церебральных микрососудов

E. D. Khilazheva1, N. V. Pisareva1, A. V. Morgun1, E. B. Boitsova1, T. E. Taranushenko1, O. V. Frolova1, A. B. Salmina1
1Научно-исследовательский институт молекулярной медицины и патобиохимии ФГБОУ ВO «Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого», Красноярск, Россия

Аннотация


Введение. Клетки церебрального эндотелия экспрессируют монокарбоксилатные транспортеры MCT1 для переноса лактата через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), регулируемые активностью CD147, а также рецепторы лактата GPR81 (HCAR1). Метаболизм и межклеточный транспорт лактата – важный механизм регуляции функциональной активности клеток ГЭБ.

Цель исследования. Изучить влияние активности GPR81 рецепторов в клетках церебрального эндотелия на экспрессию MCT1, CD147 и митохондриальную динамику, что позволит объяснить эффект локальной продукции лактата периваскулярными астроцитами на процессы ангиогенеза в ткани головного мозга.

Материалы и методы. В работе использовалась культура клеток церебральных эндотелиоцитов, выделенных из головного мозга 15–17 дневных эмбрионов крыс линии Wistar. Изучение митохондриального биогенеза церебральных эндотелиоцитов проводили по стандартному протоколу «MitoBiogenesis In-Cell ELISA Kit» (Abcam). Химическую гипоксию создавали путем инкубации в присутствии 50 мкМ йодацетата в течение 30 мин. В качестве агониста рецепторов лактата GPR81 использовали 3Cl-5OH-BA (Calbiochem) в концентрации 5, 50 и 500 мкМ в течение 24 час. Количество клеток, экспрессирующих молекулы GPR81, CD147 и MCT1, оценивали с использованием двойного непрямого метода иммуноферментного окрашивания.

Результаты. Впервые обнаружено, что длительная стимуляция GPR81 рецепторов 3Cl-5OH-BA в дозозависимой манере приводит к интенсификации митохондриального биогенеза (до 1,5 раз, р<0,05). В то же время зафиксировано статистически значимое (р<0,05) подавление экспрессии монокарбоксилатных транспортеров MCT1 в опытной группе по сравнению с контрольной (с 81±1,6% до 40,7±4,4%) и сопряженного с ними белка CD147 (с 57,4±3,3% до 48,3±2,9%) в церебральных эндотелиоцитах.

Заключение. Полученные данные расширяют спектр возможных приложений действия агонистов GPR81 для модуляции межклеточных взаимодействий в нейроваскулярной единице и контроля функциональной активности клеток эндотелия церебральных микрососудов.


Ключевые слова

церебральный эндотелий; гематоэнцефалический барьер; митохондрии; лактатные рецепторы; гликолиз

Полный текст:

PDF

Литература

Morgun A.V., Kuvacheva N.V., Khilazheva E.D. et al. [Technology study and modeling of the blood-brain barrier] In: [XXI Century Neurology: diagnostic,treatment and research technologies. Eds. Piradov M.A., Illarioshkin S.N., Tanashyan.M.M.]. Moscow. ATMO, 2015. Vol. 3: P. 134–166. (In Russ.).

Salmina A.B., Kuvacheva N.V., Morgun A.V. et al. Glycolysis-mediated control of blood-brain barrier development and function. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2015; 64: 174–84. DOI: 10.1016/j.biocel.2015.04.005. PMID: 25900038.

De Bock K., Georgiadou M., Carmeliet P. Role of endothelial cell metabolism in vessel sprouting. Cell Metab. 2013; 18: 634–47. DOI: 10.1016/j. cmet.2013.08.001. PMID: 23973331.

Mugoni V., Postel R., Catanzaro V. et al. Ubiad1 is an antioxidant enzyme that regulates eNOS activity by CoQ10 synthesis. Cell 2013; 152: 504–18. DOI: 10.1016/j.cell.2013.01.013. PMID: 23374346.

Verdegem D., Moens S., Stapor P., Carmeliet P. Endothelial cell metabolism: parallels and divergences with cancer cell metabolism. Cancer Metab. 2014; 2: 19. DOI: 10.1186/2049-3002-2-19. PMID: 25250177.

Figley C.R. Lactate transport and metabolism in the human brain: implications for the astrocyte-neuron lactate shuttle hypothesis. J. Neurosci. 2011; 31: 4768–70. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.6612-10.2011. PMID: 21451014.

Pavlides S., Whitaker-Menezes D., Castello-Cros R. et al. The reverse Warburg effect: aerobic glycolysis in cancer associated fibroblasts and the tumor stroma. Cell Cycle 2009; 8: 3984–4001. DOI: 10.4161/cc.8.23.10238. PMID: 19923890.

Jornayvaz F.R., Shulman G.I. Regulation of mitochondrial biogenesis. Essays Biochem. 2010; 47: 69–84. DOI: 10.1042/bse0470069. PMID: 20533901.

Lin X.W., Tang L., Yang J., Xu W.H. HIF-1 regulates insect lifespan extension by inhibiting c-Myc-TFAM signaling and mitochondrial biogenesis. Biochim. Biophys. Acta 2016; 1863: 2594–2603. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2016.07.007. PMID: 27469241.

Pérez-Escuredo J., Van Hée V.F., Sboarina M. et al. Monocarboxylate transportersin the brain and in cancer. Biochim. Biophys. Acta 2016; 1863: 2481–97. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2016.03.013. PMID: 26993058.

Mosienko V., Teschemacher A.G., Kasparov S. Is L-lactate a novel signaling molecule in the brain? J. Cereb. Blood Flow Metab. 2015; 35: 1069–75. DOI: 10.1038/jcbfm.2015.77. PMID: 25920953.

Bergersen L.H. Lactate transport and signaling in the brain: potential therapeutic targets and roles in body-brain interaction. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2015; 35: 176–85. DOI: 10.1038/jcbfm.2014.206. PMID: 25425080.

Khilazheva E.D., Boytsova E.B., Pozhilenkova E.A. et al. [The model of neurovascular unit in vitro consisting of three cells types]. Tsitologiya [Cytology] 2015; 10: 710–713. (In Russ.).

Halestrap A.P. The monocarboxylate transporter family-Structure and functional characterization. IUBMB Life 2012; 64: 1–9. DOI: 10.1002/iub.573. PMID: 22131303.

Uhernik A.L., Tucker C., Smith J.P. Control of MCT1 function in cerebrovascular endothelial cells by intracellular pH. Brain Res. 2011; 1376: 10–22. DOI: 10.1016/j.brainres.2010.12.060. PMID: 21192921.

Smith J.P., Uhernik A.L., Li L. et al. Regulation of Mct1 by cAMP-dependent internalization in rat brain endothelial cells. Brain Res. 2012; 1480: 1–11. DOI: 10.1016/j.brainres.2012.08.026. PMID: 22925948.

Li S., Nguyen T.T., Bonanno J.A. CD147 required for corneal endothelial lactate transport. Invest. Ophthalmol.Vis. Sci. 2014; 55: 4673–81. DOI: 10.1167/ iovs.14-14386. PMID: 24970254.

Sameshima T., Nabeshima K., Toole B.P. et al. Correlation of emmprin expression in vascular endothelial cells with blood-brain-barrier function: a study using magnetic resonance imaging enhanced by Gd-DTPA and immunohistochemistry in brain tumors. Virchows Arch. 2003; 442: 577–84. DOI: 10.1007/ s00428-003-0801-7. PMID: 12719975.

Dang B., Li H., Xu X. et al. Cyclophilin A/Cluster of differentiation 147 interactions participate in early brain injury after subarachnoid hemorrhage in rats. Crit. Care Med. 2015; 43: e369-81. DOI: 10.1097/CCM.0000000000001146. PMID: 26132882.

Schmidt M.M., Dringen R. Differential effects of iodoacetamide and iodoacetate on glycolysis and glutathione metabolism of cultured astrocytes. Front. Neuroenergetics 2009; 1: 1. DOI: 10.3389/neuro.14.001.2009. PMID: 19584905.

LeMaistre J.L., Anderson C.M. Custom astrocyte-mediated vasomotor responses to neuronal energy demand. Genome Biol. 2009; 10: 209. DOI: 10.1186/ gb-2009-10-2-209. PMID: 19232077.

Roland C.L., Arumugam T., Deng D. et al. Cell surface lactate receptor GPR81 is crucial for cancer cell surviva. Cancer Res. 2014; 74: 5301–10. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-14-0319. PMID: 24928781.




DOI: http://dx.doi.org/10.18454/ACEN.2017.1.6155