Сигнальный путь Notch в сердечно-сосудистой системе
Покупка
Новинка
Тематика:
Кардиология. Ангиология
Издательство:
Санкт-Петербургский государственный университет
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 282
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-288-06367-1
Артикул: 848380.01.99
Доступ онлайн
831 ₽
В корзину
Монография посвящена механизмам одного из ключевых путей, обеспечивающих межклеточное взаимодействие, — сигнальному пути Notch. Путь Notch важен для развития сердечно-сосудистой системы, а мутации в генах этого семейства приводят к различным патологиям. Тем не менее молекулярные и клеточные механизмы патогенеза, обусловленные нарушением регуляции сигнального пути Notch, остаются нераскрытыми и плохо изучены в клетках тканей человека. Издание содержит комплексный анализ результатов собственных исследований авторов и данных литературы о регуляции сигнального пути Notch в сердечно-сосудистой системе человека, в том числе о генетических мутациях, которые приводят к аномалиям развития и врожденным дефектам органов. Актуальность обсуждаемых вопросов несомненна в контексте широкой распространенности новых методов терапии сердечно-сосудистых заболеваний. Издание рассчитано на исследователей в области трансляционной медицины, клеточной биологии, специалистов в патологиях сердечно-сосудистой системы, а также студентов старших курсов медицинских и биологических специальностей.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 06.05.01: Биоинженерия и биоинформатика
- 30.05.01: Медицинская биохимия
- 30.05.02: Медицинская биофизика
- 30.05.03: Медицинская кибернетика
- 31.05.01: Лечебное дело
- 32.05.01: Медико-профилактическое дело
- 33.05.01: Фармация
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ А. Б. Малашичева, А. С. Костина, К. И. Перепелина СИГНАЛЬНЫЙ ПУТЬ NOTCH В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
УДК 576.54+611.1 ББК 28.03+52.5 М18 Реценз ен ты: д-р мед. наук А. Г. Кутихин (НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний); д-р мед. наук, проф., чл.-корр. РАН Е. В. Парфенова (Научный мед. исслед. центр кардиологии Минздрава России) Рекомендовано к печати Научной комиссией в области биологических наук и биоэкологии Санкт-Петербургского государственного университета М18 Малашичева А. Б., Костина А. С., Перепелина К. И. Сигнальный путь Notch в сердечно-сосудистой системе. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2023. — 280 с. ISBN 978-5-288-06367-1 Монография посвящена механизмам одного из ключевых путей, обеспечивающих межклеточное взаимодействие, — сигнальному пути Notch. Путь Notch важен для развития сердечно-сосудистой системы, а мутации в генах этого семейства приводят к различным патологиям. Тем не менее молекулярные и клеточные механизмы патогенеза, обусловленные нарушением регуляции сигнального пути Notch, остаются нераскрытыми и плохо изучены в клетках тканей человека. Издание содержит комплексный анализ результатов собственных исследований авторов и данных литературы о регуляции сигнального пути Notch в сердечно-сосудистой системе человека, в том числе о генетических мутациях, которые приводят к аномалиям развития и врожденным дефектам органов. Актуальность обсуждаемых вопросов несомненна в контексте широкой распространенности новых методов терапии сердечно-сосудистых заболеваний. Издание рассчитано на исследователей в области трансляционной медицины, клеточной биологии, специалистов в патологиях сердечно-сосудистой системы, а также студентов старших курсов медицинских и биологических специальностей. УДК 576.54+611.1 ББК 28.03+52.5 Издание осуществлено при поддержке Санкт-Петербургского государственного университета в рамках Конкурса монографий — 2021 © Санкт-Петербургский ISBN 978-5-288-06367-1 государственный университет, 2023
Содержание Список сокращений. ....................................................................................................... 11 Введение............................................................................................................................ 13 1. Регуляция сигнального пути Notch по материалам современной и классической научной литературы.............................................................. 16 1.1. Сигнальный путь Notch. Открытие и значение для развития и поддержания органов...................................................................................... — 1.2. Устройство и регуляция Notch. .......................................................................... 20 1.3. Развитие сердца. ................................................................................................... 25 1.3.1. Сигнальный путь Notch в развитии сердца. ........................................ 27 1.3.2. Сигнальный путь Notch в развитии выносящего отдела сердца. ............................................................................................ 28 1.3.3. Раннее развитие сердечного клапана. ................................................. 30 1.3.3.1. Общие современные представления об эндотелиально-мезенхимном переходе. .......................... — 1.3.3.2. Роль эндотелиально-мезенхимного перехода в развитии сердца....................................................................... 32 1.4. Сигнальный путь Notch в развитии сосудистой сети................................... 34 1.5. Врожденные пороки сердца, непосредственно связанные с мутациями сигнального пути Notch................................................................. 37 1.6. Аневризма аорты . ................................................................................................ 38 1.6.1. Аневризмы грудной аорты. ..................................................................... 39 1.6.2. Экспрессия компонентов Notch в тканях аорты пациентов с аневризмой . ............................................................................................ 42 1.7. Кальцификация аортального клапана, патогенез и методы моделирования in vitro........................................................................................ 44 1.7.1. Структура аортального клапана ........................................................... — 1.7.2. Кальцификация аортального клапана................................................. 45 1.7.3. Развитие двустворчатого аортального клапана................................ 46 1.7.4. Генетические механизмы формирования двустворчатого аортального клапана.................................................. 47 1.7.5. Интерстициальные клетки аортального клапана как модель для изучения патологической кальцификации............ 48 1.7.5.1. Клетки животных......................................................................... — 1.7.5.2. Клетки человека из клапанов пациентов с аортальным стенозом. ............................................................. — 3
1.7.5.3. Специфические маркеры интерстициальных клеток аортального клапана.................................................................. 49 1.7.5.4. Механические свойства интерстициальных клеток аортального клапана.................................................................. 50 1.7.5.5. Взаимодействие интерстициальных клеток аортального клапана с подложкой. ......................................... — 1.7.5.6. Патологическая дифференцировка интерстициальных клеток аортального клапана. Миофибробластная дифференцировка....................................................................... 52 1.7.5.7. Патологическая дифференцировка интерстициальных клеток аортального клапана. Остеогенная дифференцировка....................................................................... 54 1.7.5.8. Связь между миофибробластной и остеогенной дифференцировкой интерстициальных клеток аортального клапана.................................................................. 55 1.7.5.9. Роль механического стресса в патологической кальцификации аортального клапана. ................................... — 1.7.6. Патологические механизмы кальцификации аортального клапана с участием интерстициальных клеток. ................................. 57 1.7.6.1. Роль нестерильного воспаления в патологической кальцификации аортального клапана. ................................... — 1.7.6.2. Роль сигнального пути Wnt/β-катенин в остеогенной дифференцировке интерстициальных клеток аортального клапана.................................................................. 58 1.7.6.3. Роль сигнального пути Notch в кальцификации клапана.......................................................................................... — 1.7.6.4. Роль взаимодействий между интерстициальными и эндотелиальными клетками в индукции остеогенного фенотипа интерстициальных клеток аортального клапана.......................................................................................... 60 1.7.6.5. Эпигенетические механизмы регулирования кальцификации аортального клапана. ................................... 61 1.8. Роль нарушений регуляции сигнального пути Notch в патогенезе тетрады Фалло. ...................................................................................................... 62 1.9. Сердечная недостаточность и сигнальный путь Notch............................... 64 1.10. Роль сигнального пути Notch в образовании и развитии атеросклеротических бляшек. ........................................................................... — 1.10.1. Регуляция сигнального пути Notch в эндотелиальных клетках при атеросклерозе. .................................................................................. 65 1.10.2. Регуляция сигнального пути Notch в гладкомышечных клетках при атеросклерозе. .................................................................................. 66 1.10.3. Регуляция сигнального пути Notch в макрофагах при атеросклерозе. .................................................................................. 67 1.11. Регенерация сердца, стволовые клетки и сигнальный путь Notch .......... 69 1.11.1. Сигнальный путь Notch в ишемическом сердце и постинфарктном ремоделировании................................................ 73 1.11.2. Сигнальный путь Notch и постинфарктный ангиогенез................. 76 4
1.12. Роль сигнального пути Notch в определении электрофизиологических свойств сердца. ...................................................... 77 1.13. Взаимодействие сигнального пути Notch и ядерных структур: эпигенетический уровень регуляции сигнального пути Notch................. 79 2. Регуляция сигнального пути Notch в тканях сердечно-сосудистой системы: экспериментальный анализ. ............................................................ 81 2.1. Пациенты. ............................................................................................................... 82 2.1.1. Пациенты с аневризмой восходящего отдела аорты....................... — 2.1.2. Пациенты с аортальным стенозом. ....................................................... — 2.1.3. Пациенты с тетрадой Фалло и дефектом межжелудочковой перегородки............................................................................................... 84 2.1.4. Пациенты с аритмогенной кардиомиопатией................................... — 2.2. Животные............................................................................................................... — 2.3. Культуры клеток. ................................................................................................... 85 2.3.1. Эндотелиальные клетки аорты человека (аоЭК)................................ — 2.3.2. Гладкомышечные клетки человека (ГМК). ........................................... — 2.3.3. Эндотелиальные клетки аортального клапана человека (кЭК)...... 86 2.3.4. Интерстициальные клетки аортального клапана человека (ИК). ............................................................................................. — 2.3.5. Эндотелиальные клетки пуповинной вены человека (веЭК).......... — 2.3.6. Мезенхимные клетки сердца человека (МКС). .................................... 87 2.3.7. Мезенхимные стволовые клетки жировой ткани человека (МСК). .......................................................................................... 88 2.3.8. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК)....... 89 2.3.8.1. Получение иПСК. .......................................................................... — 2.3.8.2. Культивирование иПСК.............................................................. 90 2.3.8.3. Формирование тератом из иПСК............................................. — 2.3.8.4. Дифференцировка иПСК в направлении кардиомиоцитов.......................................................................... — 2.3.9. Постоянные клеточные линии. ............................................................... 91 2.4. Штаммы бактерий. Магнитное разделение CD31-позитивных клеток.... 92 2.5. Остеогенная дифференцировка. ....................................................................... — 2.6. Адипогенная дифференцировка....................................................................... 93 2.7. Дифференцировка мезенхимных клеток сердца в кардиогенном направлении........................................................................... 94 2.8. Индукция эндотелиально-мезенхимального перехода.............................. — 2.9. Совместное культивирование эндотелиальных и интерстициальных клеток аортального клапана. ............................................................................. 95 2.10. Исследование клеточной пролиферации и миграции................................ — 2.11. Культивирование клеток в условиях гипоксии. ............................................. 96 2.12. Моделирование стресса напряжения сдвига in vitro.................................... — 5
2.13. Иммуноцитохимическое окрашивание клеток............................................. 97 2.14. Иммуноблоттинг................................................................................................... — 2.15. Анализ клеток методом проточной цитометрии.......................................... 98 2.16. Генетические конструкции и лентивирусы.................................................... — 2.16.1. Трансформация бактерий...................................................................... 100 2.16.2. Выделение плазмидной ДНК . ............................................................... — 2.17. Анализ экспрессии генов.................................................................................... 101 2.17.1. Выделение РНК. ........................................................................................ — 2.17.2. Обратная транскрипция......................................................................... — 2.17.3. ПЦР в реальном времени. ...................................................................... 102 2.17.4. Исследование активности промоторов.............................................. 107 2.18. Статистические методы. ...................................................................................... 108 2.19. Секвенирование РНК........................................................................................... 109 3. Регуляция сигнального пути Notch в клетках сердца и сосудов при различных патологиях сердца: результаты экспериментального анализа..................................................... 110 3.1. Аневризма аорты. ................................................................................................. — 3.1.1. Экспрессия генов сигнального пути Notch в гладкомышечных и эндотелиальных клетках пациентов с аневризмой ...................... — 3.1.2. Изменение экспрессии функциональных маркеров в гладкомышечных клетках аорты при аневризме........................... 113 3.1.3. Изменение экспрессии функциональных маркеров в эндотелиальных клетках аорты при аневризме............................. 115 3.1.4. Исследование функциональных свойств гладкомышечных и эндотелиальных клеток аорты при аневризме . ............................. 117 3.1.5. Нарушения дифференцировки гладкомышечных клеток при аневризме........................................................................................... 118 3.1.5.1. Нарушения зависимой от миокардина дифференцировки гладкомышечных клеток при аневризме............................................................................. — 3.1.5.2. Нарушения зависимой от TGF-β дифференцировки гладкомышечных клеток при аневризме.............................. 121 3.1.6. Нарушения остеогенного ответа гладкомышечных клеток при аневризме........................................................................................... 123 3.1.7. Исследование способности к остеогенной дифференцировке гладкомышечных клеток аорты при активации сигнального пути Notch................................................................................................... 124 3.1.8. Исследование функциональных свойств эндотелиальных клеток при аневризме аорты.................................. 127 3.1.8.1. Исследование эффективности Notch-зависимого эндотелиально-мезенхимного перехода в эндотелиальных клетках пациентов. ................................... — 6
3.1.8.2. Исследование эффективности Notch-зависимого эндотелиально-мезенхимного перехода в эндотелиальных клетках пациентов при действии лигандов Notch в кокультуре.................................................... 129 3.1.9. Анализ механизма обратной связи Notch1-Jagged1 в эндотелиальных клетках аорты с аневризмой.............................. 131 3.1.10. Анализ уровней экспрессии маркерных генов сигнальных путей, связанных с напряжением сдвига, в эндотелиальных клетках аорты пациентов с аневризмой . ........................................... — 3.1.11. Оценка активации сигнального пути Wnt/β-катенин в эндотелиальных клетках аорты пациентов с аневризмой. ......... 135 3.1.12. Анализ перекрестного взаимодействия между сигнальными путями Notch и Wnt/β-катенин в эндотелиальных клетках аорты. .......................................................................................................... 137 3.1.13. Анализ реакции на стресс напряжения сдвига в эндотелиальных клетках пациентов с аневризмой...................... 138 3.1.14. Анализ экспрессии генов, связанных с кальцификацией, в интерстициальных и эндотелиальных клетках сосудов при механическом стрессе.................................................................... 140 3.1.15. Исследование проостеогенного Notch-зависимого влияния эндотелиальных клеток на гладкомышечные клетки аорты......... 141 3.1.15.1. Анализ остеогенного фенотипа, возникающего при сокультивировании эндотелиальных и гладкомышечных клеток ................................................... 142 3.1.15.2. Анализ экспрессии генов сигнального пути Notch в кокультуре гладкомышечных и эндотелиальных клеток......................................................................................... — 3.1.15.3. Анализ остеогенной дифференцировки гладкомышечных клеток при активации сигнального пути Notch. ................................................................................. 144 3.1.15.4. Анализ специфической для гладкомышечных и эндотелиальных клеток экспрессии генов сигнального пути Notch, активирующейся при сокультивировании . ............................................................... 146 3.1.16. Обсуждение результатов, полученных при анализе клеток пациентов с аневризмой аорты.............................................. — 3.1.16.1. Изменения функциональных свойств гладкомышечных клеток пациентов с аневризмой восходящего отдела аорты . .................................................. 148 3.1.16.2. Нарушения Notch-зависимого эндотелиальномезенхимного перехода. ........................................................ 150 3.1.16.3. Изменения сигнальных путей Notch, BMP и Wnt/β-катенин и ослабление реакции на стресс напряжения сдвига в клетках пациентов. .......................... 151 3.1.16.4. Межклеточная сигнализация и способность к остеогенной дифференцировке гладкомышечных и эндотелиальных клеток аорты.......................................... 152 3.2. Кальцификация аортального клапана. ............................................................ 154 7
3.2.1. Анализ контрольных и кальцифицированных интерстициальных и эндотелиальных клеток аортального клапана . ..................................................................................................... 154 3.2.1.1. Анализ экспрессии генов сигнального пути Notch в клетках из кальцифицированных и здоровых клапанов........................................................................................ — 3.2.1.2. Анализ чувствительности интерстициальных клеток пациентов к остеогенным стимулам . ..................................... 157 3.2.1.3. Сравнительный анализ способности интерстициальных клеток двустворчатых и трехстворчатых клапанов аорты к Notch-зависимой остеогенной дифференцировке....................................................................... — 3.2.2. Изучение роли сигнального пути Notch в остеогенной дифференцировке на модели мезенхимных стволовых клеток. .... 162 3.2.2.1. Влияние различных компонентов сигнального пути Notch на остеогенный потенциал мезенхимных стволовых клеток. ........................................................................ — 3.2.2.2. Анализ влияния межклеточных взаимодействий на способность мезенхимных стволовых клеток к остеогенной дифференцировке. ........................................... 164 3.2.2.3. Анализ экспрессии генов сигнального пути Notch в монокультуре и кокультуре мезенхимных стволовых клеток............................................................................................. 166 3.2.3. Оценка остеогенного потенциала мезенхимных стволовых клеток жировой ткани пациентов с кальцификацией в сравнении с интерстициальными клетками аортального клапана этих же пациентов. .................................................................... 168 3.2.4. Анализ взаимодействия эндотелиальных и интерстициальных клеток аортального клапана при кальцификации............................ 171 3.2.4.1. Анализ активации сигнального пути Notch и усиления остеогенной дифференцировки при сокультивировании эндотелиальных и интерстициальных клеток клапана аорты ........................ — 3.2.4.2. Анализ дозозависимого влияния активации сигнального пути Notch на остеогенную дифференцировку интерстициальных клеток аортального клапана.................................................................. 173 3.2.4.3. Анализ специфической для интерстициальных и эндотелиальных клеток экспрессии генов сигнального пути Notch, активирующейся при сокультивировании . ........................................................... — 3.2.4.4. Анализ влияния совместного культивирования эндотелиальных и интерстициальных клеток пациентов и контрольных в различных сочетаниях на индукцию остеогенной дифференцировки клеток........ — 3.2.4.5. Анализ изменений в транскриптоме эндотелиальных клеток пациентов с аортальным стенозом по сравнению с контрольными клетками........... 177 8
3.2.5. Изучение влияния подавления активности сигнального пути Notch на остеогенную дифференцировку........................................... 180 3.2.5.1. Анализ влияния выключения сигнального пути Notch на остеогенную дифференцировку интерстициальных клеток аортального клапана. .................................................... 182 3.2.6. Обсуждение результатов, полученных при анализе клеток пациентов с кальцификацией аортального клапана. ....................... 184 3.2.6.1. Сигнальный путь Notch и индукция кальцификации . ........ — 3.2.6.2. Сравнение остеогенного потенциала мезенхимных клеток жировой ткани и интерстициальных клеток аортального клапана пациентов с кальцификацией.......... 185 3.2.6.3. Зависимая от дозы Notch индукция остеогенной дифференцировки . ..................................................................... 186 3.2.6.4. Межклеточные взаимодействия и роль эндотелиальных клеток . ............................................................ 187 3.2.6.5. Подавление активности сигнального пути Notch в связи с остеогенной дифференцировкой........................... 190 3.3. Тетрада Фалло....................................................................................................... — 3.3.1. Характеристика фенотипа мезенхимных клеток сердца. ................. 191 3.3.2. Анализ экспрессии генов сигнального пути Notch в мезенхимных клетках сердца пациентов с тетрадой Фалло и пациентов с дефектом межжелудочковой перегородки.............. — 3.3.3. Анализ экспрессии генов сигнального пути Notch в мезенхимных клетках сердца пациентов с тетрадой Фалло и пациентов с дефектом межжелудочковой перегородки методом главных компонент. ................................................................. 194 3.3.4. Анализ связи уровня активации сигнального пути Notch со скоростью пролиферации мезенхимных клеток сердца пациентов с тетрадой Фалло.................................................................. 195 3.3.5. Анализ связи уровня активации сигнального пути Notch и способности к дифференцировке мезенхимных клеток сердца пациентов с тетрадой Фалло.................................................... 197 3.3.6. Роль Notch в кардиогенной дифференцировке в зависимости от дозы............................................................................. 198 3.3.7. Анализ активации сигнального пути Notch при культивировании мезенхимных клеток сердца в условиях гипоксии...................................................................................................... — 3.3.8. Обсуждение результатов, полученных при анализе клеток пациентов с тетрадой Фалло.................................................................. 201 3.4. Роль активации сигнального пути Notch при инфаркте миокарда.......... 204 3.4.1. Обсуждение результатов анализа активности сигнального пути Notch в постинфарктных клетках и тканях. ........ 206 3.5. Аритмогенная кардиомиопатия. ....................................................................... 209 3.5.1. Получение линий индуцированных плюрипотентных клеток от пациентов с аритмогенной кардиомиопатией............................. — 3.5.2. Дифференцировка иПСК в направлении кардиомиоцитов............ 211 9
3.5.3. Поиск потенциальных мишеней нескольких сигнальных путей в ходе дифференцировки иПСК от пациента с аритмогенной кардиомиопатией. ..................................................................................... 212 3.5.4. Обсуждение результатов, полученных при анализе клеток пациентов с аритмогенной кардиомиопатией.................................. 214 3.6. Анализ влияния активации сигнального пути Notch с одновременным внесением мутантного гена, кодирующего ламин А, на клеточную дифференцировку. .......................... — 3.6.1. Анализ совместного влияния активации сигнального пути Notch и мутаций гена LMNA на адипогенную дифференцировку..................................................................................... 216 3.6.1.1. Анализ влияния мутации LMNA R482L на экспрессию генов — мишеней сигнального пути Notch в недифференцированных мезенхимных клетках сердца. ............................................................................................ — 3.6.1.2. Анализ влияния мутации LMNA R482L на адипогенную дифференцировку мезенхимных стволовых клеток в условиях активации сигнального пути Notch.................... 217 3.6.1.3. Анализ влияния мутации LMNA R482L на экспрессию генов — мишеней сигнального пути Notch при адипогенной дифференцировке мезенхимных клеток сердца . ........................................................................................... 219 3.6.2. Анализ совместного влияния активации сигнального пути Notch и мутаций гена LMNA на остеогенную дифференцировку. ... 220 3.6.2.1. Анализ влияния LMNA R527C и LMNA R471C на экспрессию генов — мишеней сигнального пути Notch в мезенхимных клетках человека................................ — 3.6.2.2. Анализ влияния мутации LMNA R527C на остеогенную дифференцировку интерстициальных и мезенхимных клеток сердца в условиях активации Notch. .......................... 224 3.6.2.3. Анализ экспрессии остеогенных маркеров и генов — мишеней сигнального пути Notch в разных линиях недифференцированных мезенхимных клеток................... 226 3.6.3. Обсуждение результатов изучения влияния мутаций в гене, кодирующем ламин А, и активации сигнального пути Notch на дифференцировку клеток.................................................................. 228 Заключение. ....................................................................................................................... 231 Список использованной литературы........................................................................... 235 10
Доступ онлайн
831 ₽
В корзину