A hem indukálta endoplazmatikus retikulum (HIER) stressz vizsgálata a plakk progresszió rezidens sejtjein

Investigation of heme-induced endoplasmic reticulum (HIER) stress on resident cells of plaque progression

Pethő, Dávid

Gáll, Tamás

Laki Kálmán doktori iskola

Általános Orvostudományi Kar::Belgyógyászati Intézet::Nephrológiai Tanszék

Pethő, Dávid

2025-05-27T14:04:47Z

2025-05-27T14:04:47Z

2025

2025-06-11

hem, endoplazmatikus retikulum, ER stressz, hemolízis, vaszkuláris biológia,heme, endoplasmic reticulum, ER stress, hemolysis, vascular biology

Elméleti orvostudományok

Orvostudományok

A fiziológiás proteosztázis nélkülözhetetlen a sejtek normál működéshez. A normál proteosztázis fenntartása az ER-ben az UPR-en keresztül történik. Az UPR elsődleges feladata a nem megfelelően hajtogatott fehérjék javítása vagy lebontása, valamint a javító mechanizmusok kapacitását meghaladó stressz esetén a sejthalál folyamatok beindítása.Korábbi tanulmányok felvetették az ER stressz és a vaszkuláris megbetegedések közötti kapcsolatot, beleértve az atherosclerosist és az oxidatív stresszt is. Közvetlen kapcsolatot találtak az UPR által kiváltott ER stressz és az atherosclerotikus rizikófaktorok között. A hem fontos szerepet játszik a szabadgyökök képződésében, mely ER stresszhez vezethet. Az oxidált Hb formák és szabad hem nagy mennyiségben vannak jelen a bevérzett atherosclerotikus plakkokban. Hipotézisünk szerint a plakkokban jelenlévő hem ER stresszt válthat ki, melynek szerepe lehet az atherosclerosis patológiájában. Ezért munkánk során célul tűztük ki az atherosclerotikus plakkokban jelenlévő rezidens sejtek hemmel szembeni ER stressz válaszának vizsgálatát.Kutatásunk az ER stressz atherosclerotikus plakkokban lezajló folyamatait vizsgálja in vitro és ex vivo körülmények között. Fókuszunkban a plakk hemorrágia során felszabadult kórós mennyiségű hem hatásának vizsgálata volt az ER stressz tekintetében a vaszkulatúra rezidens sejtjeinél. Sejt- és molekuláris biológiai módszerekkel megvizsgáltuk, hogy az UPR útvonal PERK, IRE1, ATF6 aktiválódnak-e. Eredményeink alapján a következő új megállapításokat tettük: 1. In vitro kísérleteinkben a vizsgált sejteknél az ER stressz indukálható és hem jelenlétében az UPR útvonal PERK, IRE1, ATF6 ágai aktiválódnak, melyet mind transzkripciós, mind transzlációs szinten alátámasztottunk. 2. A hem indukált endoplazmatikus retikulum (HIER) stressz gátolható az indukáló ágens, vagyis a hem hemkötő fehérjékkel (hemopexin, alfa-1-mikroglobulin) történő megkötésével, de a klasszikus ER stressz gátlók (VPA, 4-PBA) csak kis részben gátolták a folyamatot. 3. A HO-1/Ferritin rendszer hiánya fokozza, aktivációja pedig csökkenti a HIER stressz mértékét a vizsgált sejtekben. 4. A hem degradációs intermedierek közül csak a CO volt pozitív hatással a HIER stressz csökkentésére. 5. A HO-1 depléció okozta hem-stressz mediálta sejthalált az általunk használt inhibitorok nem voltak képesek gátolni. 6. Ex vivo humán szövetmintákból készített transzkriptomikai vizsgálat és immunhisztokémiai festések alátámasztották, hogy a plakk hatodik stádiumában, a hemorrágiás plakkoknál fokozott az ER stressz jelenléte, a vérzés nélküli korábbi stádiumokhoz képest. Vizsgálataink alapján összeségében elmondható, hogy az ER stressz hemolitikus körülményeknél és vérzéssel járó atherosclerotikus körülmények között in vitro és ex vivo is magas szinten jelen van. Physiological proteostasis is essential for normal cellular function. Normal proteostasis is maintained in the ER through the UPR. The primary function of the UPR is to repair or degrade misfolded proteins and to initiate cell death in response to stress that exceeds the capacity of repair mechanisms. Previous studies have suggested a link between ER stress and vascular diseases, including atherosclerosis and oxidative stress. A direct link has been found between UPR-induced ER stress and atherosclerotic risk factors. Heme plays an important role in the generation of free radicals, which can lead to ER stress. Oxidized Hb forms and free heme are present in high amounts in hemorrhaged atherosclerotic plaques. We hypothesized that heme present in plaques may induce ER stress, which may play a role in the pathology of atherosclerosis. Therefore, we aimed to investigate the ER stress response of resident cells present in atherosclerotic plaques to heme. Our research investigates the processes of ER stress in atherosclerotic plaques under in vitro and ex vivo conditions. Our focus was on the investigation of the effect of pathological amounts of heme released during plaque hemorrhage on ER stress in resident cells of the vasculature. We examined using cell and molecular biological methods whether PERK, IRE1, ATF6 of the UPR pathway are activated. Based on our results, we made the following new conclusions: 1. In our in vitro experiments, ER stress can be induced in the examined cells and in the presence of heme, the PERK, IRE1, ATF6 branches of the UPR pathway are activated, which was supported both at the transcriptional and translational levels. 2. Heme-induced endoplasmic reticulum (HIER) stress can be inhibited by binding the inducing agent, i.e. heme, with heme-binding proteins (hemopexin, alpha-1-microglobulin), but classical ER stress inhibitors (VPA, 4-PBA) only partially inhibited the process. 3. The absence of the HO-1/Ferritin system increases, and its activation reduces, the degree of HIER stress in the examined cells. 4. Of the heme degradation intermediates, only CO had a positive effect on reducing HIER stress. 5. The inhibitors we used were unable to inhibit heme stress-mediated cell death caused by HO-1 depletion. 6. Transcriptomic analysis and immunohistochemical staining of ex vivo human tissue samples confirmed that in the sixth stage of the plaque, hemorrhagic plaques, the presence of ER stress was increased compared to earlier stages without bleeding. Overall, our studies can be said that ER stress is present at high levels in vitro and ex vivo under hemolytic conditions and atherosclerotic conditions with hemorrhage.

magyar

PhD, doktori értekezés

application/pdf

application/pdf

application/pdf

application/pdf

90

application/pdf

application/pdf

application/pdf

application/pdf

https://hdl.handle.net/2437/390473