vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-521Research ArticleКлеточная биологияCell BiologyВЛИЯНИЕ КРАТКОСРОЧНОГО ГИПОКСИЧЕСКОГО СТРЕССА НА ИММУНОСУПРЕССИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ПЕРИВАСКУЛЯРНЫХ МЕЗЕНХИМНЫХ СТРОМАЛЬНЫХ КЛЕТОКTHE EFFECT OF SHORT-TERM HYPOXIC STRESS ON IMMUNOSUPPRESSIVE ACTIVITY OF PERIVASCULAR MULTIPOTENT STROMAL CELLSЗорниковаК. В.ZornikovaK. V.

Зорникова Ксения Викторовна – студентка кафедры клеточной биологии и гистологии биологического факультета МГУ.

Россия, 123007, г. Москва, Хорошевское ш., д.76А;

Россия, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Horoshevskoye sh. 76A, Moscow, 123007, Russia;Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234, Russia

Department of Cell Biology and Histology, Faculty of Biology

kse2574@yandex.ruГорностаеваА. Н.GornostaevaA. N.

Горностаева Александра Николаевна – канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаборатории клеточной физиологии ИМБП РАН.

Россия, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Horoshevskoye sh. 76A, Moscow, 123007, Russia;

hindiii@yandex.ruАндрееваЕ. Р.AndreevaE. R.

Андреева Елена Ромуальдовна – докт. биол. наук, ведущий науч. сотр. лаборатории клеточной физиологии ИМБП РАН.

Россия, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

Horoshevskoye sh. 76A, Moscow, 123007, Russia;

andreeva1564@gmail.comИнститут медико-биологических проблем РАН; Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияInstitute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationИнститут медико-биологических проблем РАН;РоссияInstitute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences;Russian Federation2018230120187311621Copyright © Зорникова К.В., Горностаева А.Н., Андреева Е.Р., 20182018Зорникова К.В., Горностаева А.Н., Андреева Е.Р.Zornikova K.V., Gornostaeva A.N., Andreeva E.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/521

Мультипотентные мезенхимные стромальные клетки (МСК) способны дифференцироваться в остео-, адипо- и хондронаправлении, а также влиять на репарацию, регенерацию и иммунный ответ. Эти свойства, в особенности иммуносупрессия, делают МСК перспективным инструментом для клеточной терапии и регенеративной медицины.Краткосрочный гипоксический стресс, возникающий в поврежденных тканях, может негативно отразиться на способности МСК модулировать активность активированных мононуклеарных клеток периферической крови (МНК). В настоящей работе изучено влияние краткосрочного гипоксического воздействия (менее 1% кислорода) на иммуносупрессорный потенциал МСК, постоянно культивируемых при уровне кислорода, близком к тканевому (5%). При тканевом уровне кислорода среди находящихся в суспензии МНК в присутствии МСК было выявлено увеличение доли клеток врожденного иммунитета – естественных киллеров (ЕК) – и снижение процента клеток адаптивного иммунитета – Т-лимфоцитов HLA-DR+, а также показано существенное подавление пролиферации Т-клеток. Среди прикрепившихся МНК была выше доля моноцитов и ниже доля ЕК-Т-клеток. Краткосрочный гипоксический стресс не оказал влияния на способность МСК подавлять пролиферацию и активацию лимфоцитов в суспензии. Однако среди лейкоцитов, прикрепившихся к МСК, было отмечено уменьшение доли моноцитов и ослабление супрессии в отношении ЕК-Т-клеток. Таким образом, гипоксический стресс не влиял на иммуномодулирующую активность МСК в отношении находящихся в суспензии МНК. Снижение доли моноцитов, образующих прямые клеточные контакты с МСК, может негативно отразиться на формировании противовоспалительного фенотипа макрофагов. In vivo это может вызвать замедление “ответа на повреждение” при воспалении.

Multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) are stromal precursors with capacity to differentiate in osteo-, adipo-, and chondrodirections, participate in repair, regeneration and immune response. Those abilities, especially immunosuppression, make MSCs a perspective tool for cell therapy and regenerative medicine. Short-term hypoxic stress can occur in damaged tissues and negatively affect MSC capacities to modulate functions of activated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). In present paper, the impact of short-term hypoxic stress (<1% of oxygen) on immunosuppressive potential of tissue oxygen (5%) adapted MSCs was evaluated. At tissue oxygen level, we detected an increase of the ratio of innate immune cells (natural killers, NK) and a decrease of the ratio of adaptive immune cells (HLA-DR+ Т-cells) within floating PBMCs in the presence of MSCs. Additionally, inhibition of T-cell proliferation was observed.Within adhered PBMCs the ratio of monocytes was higher and the ratio of NK-T-cells was lower.Short-term hypoxic stress did not affect MSC immunosuppression toward lymphocytes in suspension.Nevertheless, a decrease of percent of monocytes and NK-T-cells within adhered PBMCs was detected. Thus, hypoxic stress did not influence immunosuppressive activity of MSCs toward floating PBMCs. Attenuation of monocyte adhesion to MSCs upon cell-to-cell interaction may negatively impact on development of MSC-educated macrophages phenotype with anti-inflammatory activity. In vivo it may provoke slowdown of “response to injury” during inflammation.

мезенхимные стромальные клеткимононуклеарные клетки периферической кровигипоксияиммуносупрессияпролиферативная активностьмежклеточные контактыmesenchymal stem cellsperipheral blood mononuclear cellshypoxiaimmunosuppressionproliferative activityintercellular interactionsReferencesMurphy M.B., Moncivais K., Caplan A.I. Mesenchymal stem cells: environmentally responsive therapeutics for regenerative medicine // Exp. Mol. Med. 2013. Vol. 45. e54.Murphy M.B., Moncivais K., Caplan A.I. Mesenchymal stem cells: environmentally responsive therapeutics for regenerative medicine // Exp. Mol. Med. 2013. Vol. 45. e54.Murray I.R., West C.C., Hardy W.R., James A.W., Park T.S., Nguyen A., Tawonsawatruk T., Lazzari L., Soo C., P ault B. Natural history of mesenchymal stem cells, from vessel walls to culture vessels // Cell. Mol. Life Sci. 2014. Vol. 71. N 8. P. 1353–1374.Murray I.R., West C.C., Hardy W.R., James A.W., Park T.S., Nguyen A., Tawonsawatruk T., Lazzari L., Soo C., P ault B. Natural history of mesenchymal stem cells, from vessel walls to culture vessels // Cell. Mol. Life Sci. 2014. Vol. 71. N 8. P. 1353–1374.Jones B.J., McTaggart S.J. Immunosuppression by mesenchymal stromal cells: from culture to clinic // Exp. Hematol. 2008. Vol. 36. N 6. P. 733–741.Jones B.J., McTaggart S.J. Immunosuppression by mesenchymal stromal cells: from culture to clinic // Exp. Hematol. 2008. Vol. 36. N 6. P. 733–741.Benvenuto F., Ferrari S., Gerdoni E., Gualandi F., Frassoni F., Pistoia V., Mancardi G., Uccelli A. Human mesenchymal stem cells promote survival of T cells in a quiescent state // Stem Cells. 2007. Vol. 25. N 7. P. 1753–1760.Benvenuto F., Ferrari S., Gerdoni E., Gualandi F., Frassoni F., Pistoia V., Mancardi G., Uccelli A. Human mesenchymal stem cells promote survival of T cells in a quiescent state // Stem Cells. 2007. Vol. 25. N 7. P. 1753–1760.Di Nicola M., Carlo-Stella C., Magni M., Milanesi M., Longoni P.D., Matteucci P., Grisanti S., Gianni A.M. Human bone marrow stromal cells suppress T-lymphocyte proliferation induced by cellular or nonspecific mitogenic stimuli // Blood. 2002. Vol. 99. N 10. P. 3838–3843.Di Nicola M., Carlo-Stella C., Magni M., Milanesi M., Longoni P.D., Matteucci P., Grisanti S., Gianni A.M. Human bone marrow stromal cells suppress T-lymphocyte proliferation induced by cellular or nonspecific mitogenic stimuli // Blood. 2002. Vol. 99. N 10. P. 3838–3843.Kronsteiner B., Wolbank S., Peterbauer A., Hackl C., Redl H., van Griensven M., Gabriel C. Human mesenchymal stem cells from adipose tissue and amnion influence T-cells depending on stimulation method and presence of other immune cells // Stem Cells Dev. 2011. Vol. 20. N 12. Р. 2115–2126.Kronsteiner B., Wolbank S., Peterbauer A., Hackl C., Redl H., van Griensven M., Gabriel C. Human mesenchymal stem cells from adipose tissue and amnion influence T-cells depending on stimulation method and presence of other immune cells // Stem Cells Dev. 2011. Vol. 20. N 12. Р. 2115–2126.Engela A.U., Baan C.C., Dor F.J., Weimar W., Hoogduijn M.J. On the interactions between mesenchymal stem cells and regulatory T cells for immunomodulation in transplantation // Front. Immunol. 2012. Vol. 3. 126.Engela A.U., Baan C.C., Dor F.J., Weimar W., Hoogduijn M.J. On the interactions between mesenchymal stem cells and regulatory T cells for immunomodulation in transplantation // Front. Immunol. 2012. Vol. 3. 126.Gornostaeva A.N., Andreeva E.R., Buravkova L.B. Human MMSC immunosuppressive activity at low oxygen tension: direct cell-to-cell contacts and paracrine regulation // Human Physiology. 2013. Vol. 39. N 2. P. 136–146.Gornostaeva A.N., Andreeva E.R., Buravkova L.B. Human MMSC immunosuppressive activity at low oxygen tension: direct cell-to-cell contacts and paracrine regulation // Human Physiology. 2013. Vol. 39. N 2. P. 136–146.Corcione A., Benvenuto F., Ferreti E., Giunti D., Cappiello V., Cazzanti F., Risso M., Gualandi F., Mancardi G.L., Pistoia V., Uccelli A. Human mesenchymal stem cells modulate B-cell functions // Blood. 2006. Vol. 107. N 1. P. 367–372.Corcione A., Benvenuto F., Ferreti E., Giunti D., Cappiello V., Cazzanti F., Risso M., Gualandi F., Mancardi G.L., Pistoia V., Uccelli A. Human mesenchymal stem cells modulate B-cell functions // Blood. 2006. Vol. 107. N 1. P. 367–372.Krampera M., Cosmi L., Angeli R., Pasini A., Liotta F., Andreini A., Santarlasci V., Mazzinghi B., Pizzolo G., Vinante F., Romagnani P., Maggi E., Romagnani S., Annunziato F. Role for interferon-gamma in the immunomodulatory activity of human bone marrow mesenchymal stem cells // Stem Cells. 2006. Vol. 24. N 2. P. 386–398.Krampera M., Cosmi L., Angeli R., Pasini A., Liotta F., Andreini A., Santarlasci V., Mazzinghi B., Pizzolo G., Vinante F., Romagnani P., Maggi E., Romagnani S., Annunziato F. Role for interferon-gamma in the immunomodulatory activity of human bone marrow mesenchymal stem cells // Stem Cells. 2006. Vol. 24. N 2. P. 386–398.Kim J., Hematti P. Mesenchymal stem cell-educated macrophages: a novel type of alternatively activated macrophages // Exp. Hematol. 2009. Vol. 37. N 12. P. 1445–1453.Kim J., Hematti P. Mesenchymal stem cell-educated macrophages: a novel type of alternatively activated macrophages // Exp. Hematol. 2009. Vol. 37. N 12. P. 1445–1453.Melief S.M., Geutskens S.B., Fibbe W.E., Roelofs H. Multipotent stromal cells skew monocytes towards an antiinflammatory interleukin-10-producing phenotype by production of interleukin-6 // Haematologica. 2013. Vol. 98. N 6. P. 888–895.Melief S.M., Geutskens S.B., Fibbe W.E., Roelofs H. Multipotent stromal cells skew monocytes towards an antiinflammatory interleukin-10-producing phenotype by production of interleukin-6 // Haematologica. 2013. Vol. 98. N 6. P. 888–895.Ivanovic Z. Hypoxia or in situ normoxia: The stem cell paradigm // J. Cell Physiol. 2009. Vol. 219. N 2. P. 271–275.Ivanovic Z. Hypoxia or in situ normoxia: The stem cell paradigm // J. Cell Physiol. 2009. Vol. 219. N 2. P. 271–275.Buravkova L.B., Grinakovskaya O.S., Andreeva E.R., Zhambalova A.P., Kozionova M.P. Characteristics of human lipoaspirate-isolated mesenchymal stromal cells cultivated under lower oxygen tension // Cell Tiss. Biol. 2009. Vol. 3. N 1. P. 23–28.Buravkova L.B., Grinakovskaya O.S., Andreeva E.R., Zhambalova A.P., Kozionova M.P. Characteristics of human lipoaspirate-isolated mesenchymal stromal cells cultivated under lower oxygen tension // Cell Tiss. Biol. 2009. Vol. 3. N 1. P. 23–28.Fotia C., Massa A., Boriani F., Baldini N., Granchi D. Hypoxia enhances proliferation and stemness of human adipose-derived mesenchymal stem cells // Cytotechnology. 2015. Vol. 67. N 6. P. 1073–1084.Fotia C., Massa A., Boriani F., Baldini N., Granchi D. Hypoxia enhances proliferation and stemness of human adipose-derived mesenchymal stem cells // Cytotechnology. 2015. Vol. 67. N 6. P. 1073–1084.Zuk P.A., Zhu M., Ashjian P., De Ugarte D.A., Huang J.I., Mizuno H., Alfonso Z.C., Fraser J.K., Benhaim P., Hedrick M.H. Human adipose tissue is a source of multipotent stem cells // Mol. Biol. Cell. 2002. Vol. 13. N 12. P. 4279–4295.Zuk P.A., Zhu M., Ashjian P., De Ugarte D.A., Huang J.I., Mizuno H., Alfonso Z.C., Fraser J.K., Benhaim P., Hedrick M.H. Human adipose tissue is a source of multipotent stem cells // Mol. Biol. Cell. 2002. Vol. 13. N 12. P. 4279–4295.Parish C.R. Fluorescent dyes for lymphocyte migration and proliferation studies // Immunol. Cell Biol. 1999. Vol. 77. N 6. P. 499–508.Parish C.R. Fluorescent dyes for lymphocyte migration and proliferation studies // Immunol. Cell Biol. 1999. Vol. 77. N 6. P. 499–508.Glennie S., Soeiro I., Dyson P.J., Lam E.W., Dazzi F. Bone marrow mesenchymal stem cells induce division arrest anergy of activated T cells // Blood. 2005. Vol. 105. N 7. P. 2821–2827.Glennie S., Soeiro I., Dyson P.J., Lam E.W., Dazzi F. Bone marrow mesenchymal stem cells induce division arrest anergy of activated T cells // Blood. 2005. Vol. 105. N 7. P. 2821–2827.Gornostaeva A., Andreeva E., Buravkova L. Factors governing the immunosuppressive effects of multipotent mesenchymal stromal cells in vitro // Cytotechnology. 2016. Vol. 68. N 4. P. 565–577.Gornostaeva A., Andreeva E., Buravkova L. Factors governing the immunosuppressive effects of multipotent mesenchymal stromal cells in vitro // Cytotechnology. 2016. Vol. 68. N 4. P. 565–577.Ren G., Zhao X., Zhang L., Zhang J., L’Huillier A., Ling W., Roberts A.I., Le A.D., Shi S., Shao C., Shi Y. Inflammatory cytokine-induced intercellular adhesion molecule-1 and vascular cell adhesion molecule-1 in mesenchymal stem cells are critical for immunosuppression // J. Immunol. 2010. Vol. 184. N 5. P. 2321–2328.Ren G., Zhao X., Zhang L., Zhang J., L’Huillier A., Ling W., Roberts A.I., Le A.D., Shi S., Shao C., Shi Y. Inflammatory cytokine-induced intercellular adhesion molecule-1 and vascular cell adhesion molecule-1 in mesenchymal stem cells are critical for immunosuppression // J. Immunol. 2010. Vol. 184. N 5. P. 2321–2328.Hofmeyer K.A., Ray A., Zang X. The contrasting role of B7-H3 // Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2008. Vol. 105. N 30. P. 10277–10278.Hofmeyer K.A., Ray A., Zang X. The contrasting role of B7-H3 // Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2008. Vol. 105. N 30. P. 10277–10278.Espagnolle N., Balguerie A., Arnaud E., Sensebé L., Varin A. CD54-mediated interaction with pro-inflammatory macrophages increases the immunosuppressive function of human mesenchymal stromal cells // Stem Cell Reports. 2017. Vol. 8. N 4. P. 961–976Espagnolle N., Balguerie A., Arnaud E., Sensebé L., Varin A. CD54-mediated interaction with pro-inflammatory macrophages increases the immunosuppressive function of human mesenchymal stromal cells // Stem Cell Reports. 2017. Vol. 8. N 4. P. 961–976Andreeva E.R., Lobanova M.V., Udartseva O.O., Buravkova L.B. Response of adipose tissue-derived stromal cells in tissue-related О2 microenvironment to short-term hypoxic stress // Cells Tissues Organs. 2015. Vol. 200. N 5. P. 307–315.Andreeva E.R., Lobanova M.V., Udartseva O.O., Buravkova L.B. Response of adipose tissue-derived stromal cells in tissue-related О2 microenvironment to short-term hypoxic stress // Cells Tissues Organs. 2015. Vol. 200. N 5. P. 307–315.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.