Активация гистамином сорбции фактора комплемента С3/C3b на поверхности эндотелиальных клеток как одна из причин повреждения эндотелия при COVID-19

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Повреждение эндотелия в результате активации системы комплемента является одной из причин тромботических осложнений при COVID-19. Ключевую роль в этом процессе играет фактор С3. Присоединение к мембране продукта его протеолиза С3b инициирует начало формирования мембраноатакующего комплекса С5b-9, образующего пору в плазматической мембране и гибель клетки. В настоящей работе мы исследовали, каким образом гистамин, секретируемый в организме в местах локального воспаления лейкоцитами и тучными клетками, может повлиять на связывание C3b с эндотелиальными клетками (ЭК). Для его визуализации были использованы конъюгированные с FITS антитела против С3с фрагмента. Данные антитела связываются с интактным C3 и с C3b, но не с С3а. Мы показали, что при инкубации плазмы крови человека с культивируемыми ЭК из пупочной вены человека происходит накопление фактора С3/С3b в виде округлых локальных и диффузных очагов на поверхности клеточного монослоя. Предварительная активация ЭК гистамином увеличивает количество мест прикрепления C3/С3b. Эти данные позволяют предполагать, что гистамин способен усиливать повреждение эндотелиального слоя при гиперактивации системы комплемента при COVID-19 и эндотелиопатиях, вызванных другими заболеваниями.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. П. Авдонин

Институт биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН

Email: pvavdonin@yandex.ru
Россия, 119334, Москва

Ю. В. Маркитантова

Институт биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН

Email: pvavdonin@yandex.ru
Россия, 119334, Москва

Е. Ю. Рыбакова

Институт биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН

Email: pvavdonin@yandex.ru
Россия, 119334, Москва

Н. В. Гончаров

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: pvavdonin@yandex.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург

П. В. Авдонин

Институт биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pvavdonin@yandex.ru
Россия, 119334, Москва

Список литературы

  1. Bettoni S., Galbusera M., Gastoldi S., Donadelli R., Tentori C., Sparta G., Bresin E., Mele C., Alberti M., Tortajada A., Yebenes H., Remuzzi G., Noris M. 2017. Interaction between multimeric von Willebrand factor and complement: A fresh look to the pathophysiology of microvascular thrombosis. J. Immunol. 199, 1021–1040. https://doi.org/10.4049/jimmunol.1601121
  2. Blasco M., Guillen-Olmos E., Diaz-Ricart M., Palomo M. 2022. complement mediated endothelial damage in thrombotic microangiopathies. Front Med (Lausanne). 9, 811504. https://doi.org/10.3389/fmed.2022.811504
  3. Noris M., Benigni A., Remuzzi G. 2020. The case of complement activation in COVID-19 multiorgan impact. Kidney Int. 98, 314–322. https://doi.org/10.1016/j.kint.2020.05.013
  4. Cugno M., Meroni P.L., Gualtierotti R., Griffini S., Grovetti E., Torri A., Lonati P., Grossi C., Borghi M.O., Novembrino C., Boscolo M., Uceda Renteria S.C., Valenti L., Lamorte G., Manunta M., Prati D., Pesenti A., Blasi F., Costantino G., Gori A., Bandera A., Tedesco F., Peyvandi F. 2021. Complement activation and endothelial perturbation parallel COVID-19 severity and activity. J. Autoimmun. 116, 102560. https://doi.org/10.1016/j.jaut.2020.102560
  5. Ge X., Yu Z., Guo X., Li L., Ye L., Ye M., Yuan J., Zhu C., Hu W., Hou Y. 2023. Complement and complement regulatory proteins are upregulated in lungs of COVID-19 patients. Pathol. Res. Pract. 247, 154519. https://doi.org/10.1016/j.prp.2023.154519
  6. Marchetti M. 2020. COVID-19-driven endothelial damage: complement, HIF-1, and ABL2 are potential pathways of damage and targets for cure. Ann. Hematol. 99, 1701–1707. https://doi.org/10.1007/s00277–020–04138–8
  7. Perico L., Benigni A., Casiraghi F., Ng L.F.P., Renia L., Remuzzi G. 2021. Immunity, endothelial injury and complement-induced coagulopathy in COVID-19. Nat. Rev. Nephrol. 17, 46–64. https://doi.org/10.1038/s41581–020–00357–4
  8. Arbore G., Kemper C., Kolev M. 2017. Intracellular complement — the complosome — in immune cell regulation. Mol. Immunol. 89, 2–9. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2017.05.012
  9. Boudhabhay I., Grunenwald A., Roumenina L.T. 2021. Complement C3 deposition on endothelial cells revealed by flow cytometry. Methods Mol. Biol. 2227, 97–105. https://doi.org/10.1007/978–1–0716–1016–9_9
  10. Noris M., Galbusera M., Gastoldi S., Macor P., Banterla F., Bresin E., Tripodo C., Bettoni S., Donadelli R., Valoti E., Tedesco F., Amore A., Coppo R., Ruggenenti P., Gotti E., Remuzzi G. 2014. Dynamics of complement activation in aHUS and how to monitor eculizumab therapy. Blood. 124, 1715–1726. https://doi.org/10.1182/blood-2014–02–558296
  11. Noris M., Mescia F., Remuzzi G. 2012. STEC-HUS, atypical HUS and TTP are all diseases of complement activation. Nat. Rev. Nephrol. 8, 622–633. https://doi.org/10.1038/nrneph.2012.195
  12. Ponomaryov T., Payne H., Fabritz L., Wagner D.D., Brill A. 2017. Mast cells granular contents are crucial for deep vein thrombosis in mice. Circ. Res. 121, 941–950. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.117.311185
  13. Borriello F., Iannone R., Marone G. 2017. histamine release from mast cells and basophils. Handb. Exp. Pharmacol. 241, 121–139. https://doi.org/10.1007/164_2017_18
  14. Schmutzler W., Bolsmann K., Zwadlo-Klarwasser G. 1995. Comparison of histamine release from human blood monocytes, lymphocytes, adenoidal and skin mast cells. Int. Arch. Allergy Immunol. 107, 194–196. https://doi.org/10.1159/000236974
  15. Hamilton K.K., Sims P.J. 1987. Changes in cytosolic Ca2+ associated with von Willebrand factor release in human endothelial cells exposed to histamine. Study of microcarrier cell monolayers using the fluorescent probe indo-1. J. Clin. Invest. 79, 600–608. https://doi.org/10.1172/JCI112853
  16. Ryan U.S., Avdonin P.V., Posin E.Y., Popov E.G., Danilov S.M., Tkachuk V.A. 1988. Influence of vasoactive agents on cytoplasmic free calcium in vascular endothelial cells. J. Appl. Physiol. 65, 2221–2227. https://doi.org/10.1152/jappl.1988.65.5.2221
  17. Hekimian G., Cote S., Van Sande J., Boeynaems J.M. 1992. H2 receptor-mediated responses of aortic endothelial cells to histamine. Am.J. Physiol. 262, H220–H224. https://doi.org/10.1152/ajpheart.1992.262.1.H220
  18. Goncharov N.V., Sakharov I., Danilov S.M., Sakandelidze O.G. 1987. Use of collagenase from the hepatopancreas of the Kamchatka crab for isolating and culturing endothelial cells of the large vessels in man. Biull. Eksp. Biol. Med. 104, 376–378.
  19. Galbusera M., Noris M., Gastoldi S., Bresin E., Mele C., Breno M., Cuccarolo P., Alberti M., Valoti E., Piras R., Donadelli R., Vivarelli M., Murer L., Pecoraro C., Ferrari E., Perna A., Benigni A., Portalupi V., Remuzzi G. 2019. An ex vivo test of complement activation on endothelium for individualized eculizumab therapy in hemolytic uremic syndrome. Am.J. Kidney Dis. 74, 56–72. https://doi.org/10.1053/j.ajkd.2018.11.012
  20. Meuleman M.S., Duval A., Fremeaux-Bacchi V., Roumenina L.T., Chauvet S. 2022. Ex vivo test for measuring complement attack on endothelial cells: From research to bedside. Front. Immunol. 13, 860689. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.860689
  21. West E.E., Kemper C. 2023. Complosome — the intracellular complement system. Nat. Rev. Nephrol. 19, 426–439. https://doi.org/10.1038/s41581–023–00704–1
  22. Law S.K.A., Levine R.P. 2019. The covalent binding story of the complement proteins C3 and C4 (I) 1972–1981. Immunobiology. 224, 827–833. https://doi.org/10.1016/j.imbio.2019.08.003
  23. Del Conde I., Cruz M.A., Zhang H., Lopez J.A., Afshar-Kharghan V. 2005. Platelet activation leads to activation and propagation of the complement system. J. Exp. Med. 201, 871–879. https://doi.org/10.1084/jem.20041497
  24. Esposito B., Gambara G., Lewis A.M., Palombi F., D’Alessio A., Taylor L.X., Genazzani A.A., Ziparo E., Galione A., Churchill G.C., Filippini A. 2011. NAADP links histamine H1 receptors to secretion of von Willebrand factor in human endothelial cells. Blood. 117, 4968–4977. https://doi.org/10.1182/blood-2010–02–266338
  25. Avdonin P.V., Rybakova E.Y., Avdonin P.P., Trufanov S.K., Mironova G.Y., Tsitrina A.A., Goncharov N.V. 2019. VAS2870 inhibits histamine-induced calcium signaling and vWF secretion in human umbilical vein endothelial cells. Cells. 8 (2), 196. https://doi.org/10.3390/cells8020196
  26. Avdonin P.P., Trufanov S.K., Rybakova E.Y., Tsitrina A.A., Goncharov N.V., Avdonin P.V. 2021. The use of fluorescently labeled ARC1779 aptamer for assessing the effect of H2O2 on von Willebrand factor exocytosis. Biochemistry (Mosc). 86, 123–131. https://doi.org/10.1134/S0006297921020012
  27. Jones D.A., Abbassi O., McIntire L.V., McEver R.P., Smith C.W. 1993. P-selectin mediates neutrophil rolling on histamine-stimulated endothelial cells. Biophys. J. 65, 1560–1569. https://doi.org/10.1016/S0006–3495(93)81195–0
  28. Schramm E.C., Roumenina L.T., Rybkine T., Chauvet S., Vieira-Martins P., Hue C., Maga T., Valoti E., Wilson V., Jokiranta S., Smith R.J., Noris M., Goodship T., Atkinson J.P., Fremeaux-Bacchi V. 2015. Mapping interactions between complement C3 and regulators using mutations in atypical hemolytic uremic syndrome. Blood. 125, 2359–2369. https://doi.org/10.1182/blood-2014–10–609073
  29. McNearney T., Ballard L., Seya T., Atkinson J.P. 1989. Membrane cofactor protein of complement is present on human fibroblast, epithelial, and endothelial cells. J. Clin. Invest. 84, 538–545. https://doi.org/10.1172/JCI114196
  30. Alexander J.J., He C., Adler S., Holers V.M., Quigg R.J. 1997. Characterization of C3 receptors on cultured rat glomerular endothelial cells. Kidney Int. 51, 1124–1132. https://doi.org/10.1038/ki.1997.155
  31. Tsuji S., Kaji K., Nagasawa S. 1994. Activation of the alternative pathway of human complement by apoptotic human umbilical vein endothelial cells. J. Biochem. 116, 794–800. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jbchem.a124598
  32. Collard C.D., Vakeva A., Bukusoglu C., Zund G., Sperati C.J., Colgan S.P., Stahl G.L. 1997. Reoxygenation of hypoxic human umbilical vein endothelial cells activates the classic complement pathway. Circulation. 96, 326–333. https://doi.org/10.1161/01.cir.96.1.326
  33. Mold C., Morris C.A. 2001. Complement activation by apoptotic endothelial cells following hypoxia/reoxygenation. Immunology. 102, 359–364. https://doi.org/10.1046/j.1365–2567.2001.01192.x
  34. Yin W., Ghebrehiwet B., Weksler B., Peerschke E.I. 2007. Classical pathway complement activation on human endothelial cells. Mol. Immunol. 44, 2228–2234. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2006.11.012
  35. Macor P., Durigutto P., Mangogna A., Bussani R., De Maso L., D’Errico S., Zanon M., Pozzi N., Meroni P.L., Tedesco F. 2021. Multiple-organ complement deposition on vascular endothelium in COVID-19 patients. Biomedicines. 9, 1003. https://doi.org/10.3390/biomedicines9081003
  36. Vlaicu S.I., Tatomir A., Cuevas J., Rus V., Rus H. 2023. COVID, complement, and the brain. Front Immunol. 14, 1216457. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1216457
  37. Gao T., Zhu L., Liu H., Zhang X., Wang T., Fu Y., Li H., Dong Q., Hu Y., Zhang Z., Jin J., Liu Z., Yang W., Liu Y., Jin Y., Li K., Xiao Y., Liu J., Zhao H., Liu Y., Li P., Song J., Zhang L., Gao Y., Kang S., Chen S., Ma Q., Bian X., Chen W., Liu X., Mao Q., Cao C. 2022. Highly pathogenic coronavirus N protein aggravates inflammation by MASP-2-mediated lectin complement pathway overactivation. Signal Transduct. Target Ther. 7, 318. https://doi.org/10.1038/s41392–022–01133–5
  38. Conti P., Caraffa A., Tete G., Gallenga C.E., Ross R., Kritas S.K., Frydas I., Younes A., Di Emidio P., Ronconi G. 2020. Mast cells activated by SARS-CoV-2 release histamine which increases IL-1 levels causing cytokine storm and inflammatory reaction in COVID-19. J. Biol. Regul. Homeost. Agents. 34, 1629–1632. https://doi.org/10.23812/20–2EDIT
  39. Hogan Ii R.B., Hogan Iii R.B., Cannon T., Rappai M., Studdard J., Paul D., Dooley T.P. 2020. Dual-histamine receptor blockade with cetirizine — famotidine reduces pulmonary symptoms in COVID-19 patients. Pulm Pharmacol Ther. 63, 101942. https://doi.org/10.1016/j.pupt.2020.101942

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пути активации комплемента. Жирными стрелками обозначены места протеолиза факторов комплемента. MASP-2 — сериновая протеаза-2, ассоциированная с связывающим маннозу белком (mannose-binding protein-associated serine protease).

Скачать (90KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Связывание фактора комплемента С3/C3b с HUVEC после инкубации их плазмой крови человека. а — Клетки инкубировали с ФСР без плазмы; б — в течение 2 ч HUVEC инкубировали с разведенной в 3 раза в ФСР плазмой крови здорового донора. Ядра окрашены Hoechst 33342.

Скачать (169KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Иммунофлуоресцентное окрашивание фактора C3/С3b и клеточных ядер в контрольных HUVEC (а, б, в) и в HUVEC, активированных гистамином (г, д, е). а, г — Клетки, окрашенные FITC-мечеными антителами против C3/С3b; б, д — ядра клеток, окрашенные с помощью Hoehst 33342; в — наложение изображений а и б, е наложение изображений г и д. Клетки 10 мин инкубировали в ФСР в отсутствие (а, в) или в присутствии 100 мкМ гистамина (б, г). После этого отмывали от гистамина и инкубировали в течение 2 ч в ФСР с разведенной в 3 раза плазмой крови здорового донора.

Скачать (172KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние гистамина на присоединение фактора C3/С3b к HUVEC. Клетки инкубировали с разведенной в 3 раза в ФСР плазмой крови (а) или в ФСР без плазмы (б). Показано среднее количество участков отложения C3/С3b в пересчете на одну клетку без инкубации с гистамином или после предварительной активации HUVEC гистамином. Приведены результаты 6 независимых измерений (**p < 0.01).

Скачать (19KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024