Упругие свойства и коллаген-синтетическая активность фибробластов легких после внешнего облучения крыс в дозах 0,1–15 Гр

Радиационный фиброз является одним из серьезных осложнений лучевой терапии, которое развивается в течение длительного времени после облучения. Молекулярно-клеточные механизмы, ведущие к развитию этой патологии, имеют место в значительно более ранние сроки. Ионизирующее излучение меняет свойства и функции фибробласта, являющегося основной клеткой соединительной ткани, продуцирующей белки внеклеточного матрикса. Целью исследования стало выявление с помощью методов атомно-силовой и флуоресцентной микроскопии закономерностей радиационно-индуцированных изменений модуля упругости поверхности фибробластов легкого, уровня производства клетками коллагена и их взаимосвязи при облучении рентгеновским излучением области грудной клетки крыс и 3-недельного постлучевого периода. Установлено формирование зависимого от дозы облучения механического фенотипа фибробластов, обусловленного как изменением структуры актинового кортекса, так и формированием стрессовых волокон в зоне ядра клетки. Показано, что формирование радиационно-индуцированного механического фенотипа фибробластов коррелирует с их коллаген-синтетической активностью, что позволяет предположить внутренний механизм влияния механических свойств клетки в ядерной зоне на продукцию коллагена. Полученные данные углубляют понимание молекулярно-клеточных механизмов развития радиационного фиброза.

1. Replicative and radiation-induced aging: a comparison of gene expression profiles / A. M. Aliper, M. E. Bozdaganyan, P. S. Orekhov [et al.] // Aging. – 2019. – Vol. 11, N 8. – P. 2378–2387. https://doi.org/10.18632/aging.101921

2. Влияние рентгеновского излучения на структурные и механические свойства поверхностного слоя фибробластов крыс / И. А. Челнокова, А. Н. Шклярова, Т. Д. Матвеенкова, М. Н. Стародубцева // Актуальные проблемы медицины: сб. науч. ст. Респ. науч.-практ. конф. с междунар. участием, Гомель, 10 нояб. 2023 г.: в 3 т. / Гомел. гос. мед. ун-т; редкол.: И. О. Стома [и др.]. – Гомель, 2023. – Т. 2. – С. 118–122.

3. Starodubtseva, M. N. Mechanical properties of cells and ageing / M. N. Starodubtseva // Ageing Research Reviews. – 2011. – Vol. 10, N 1. – P. 16–25. https://doi.org/10.1016/j.arr.2009.10.005

4. Extracellular matrix stiffness –The central cue for skin fibrosis / K. Wang, D. Wen, X. Xu [et al.] // Frontiers in Molecular Biosciences. – 2023. – Vol. 10. – Art. 1132353. https://doi.org/10.3389/fmolb.2023.1132353

5. Галченко, Л. И. Лучевые осложнения при лучевой терапии: учеб. пособие для студентов / Л. И. Галченко, В. В. Маточкин. – Иркутск: Иркут. гос. мед. ун-т, 2015. – 30 с.

6. Radiation-induced fibrosis: mechanisms and implications for therapy / J. F. Straub, L. New, C. D. Hamilton [et al.] // Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. – 2015. – Vol. 141, N 11. – P. 1985–1994. https://doi.org/10.1007/s00432015-1974-6

7. Fuentes-Mateos, R. Optimized Protocol for Isolation and Culture of Murine Neonatal Primary Lung Fibroblasts / R. Fuentes-Mateos, E. Santos, A. Fernandez-Medarde // Methods and Protocols. – 2023. – Vol. 6, N 1. – Art. 14. https://doi.org/10.3390/mps6010014

8. Deguchi, S. Biomechanical properties of actin stress fibers of non-motile cells / S. Deguchi, M. Sato // Biorheology. – 2009. – Vol. 46, N 2. – P. 93–105. https://doi.org/10.3233/bir-2009-0528

9. Unraveling SSc pathophysiology; The myofibroblast / A. van Caam, M. Vonk, F. van den Hoogen [et al.] // Frontiers in Immunology. – 2018. – Vol. 9. – Art. 2452. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02452

10. Mechanical communication in fibrosis progression / Y. Long, Y. Niu, K. Liang, Y. Du // Trends in Cell Biology. – 2022. – Vol. 32, N 1. – P. 70–90. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2021.10.002

11. Fisher, T. Effect of nuclear stiffness on cell mechanics and migration of human breast cancer cells / T. Fisher, A. Hayn, C. T. Mierke // Frontiers in Cell and Developmental Biology. – 2020. – Vol. 8. – Art. 393. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.00393

12. Nuclear Lamin-A Scales with Tissue Stiffness and Enhances Matrix-Directed Differentiation / J. Swift, I. L. Ivanovska, A. Buxboim [et al.] // Science. – 2013. – Vol. 341, N 6149. – Art. 1240104. https://doi.org/10.1126/science.1240104

13. Nuclear Stiffness Decreases with Disruption of the Extracellular Matrix in Living Tissues / K. P. McCreery, X. Xu, A. K. Scott [et al.] // Small. – 2021. – Vol. 17, N 6. – Art. e2006699. https://doi.org/10.1002/smll.202006699

14. Dahl, K. N. Nuclear Shape, Mechanics, and Mechanotransduction / K. N. Dahl, A. J. S. Ribeiro, J. Lammerding // Circulation Research. – 2008. – Vol. 102, N 11. – P. 1307–1318. https://doi.org/10.1161/circresaha.108.173989