Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2739310.32607/actanaturae.27393Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleLPS-Induced Acute Lung Injury: Analysis of the Development and Suppression by the TNF-α-Targeting AptamerЛипополисахарид-индуцированное острое повреждение легких: анализ особенностей развития и возможность подавления аптамером к TNF-αSen’kovaA. V.СеньковаА. В.
Russian Federation
alsenko@mail.ruSavinI. A.СавинИ. А.
Russian Federation
alsenko@mail.ruChernolovskayaE. L.ЧерноловскаяЕ. Л.
Russian Federation
alsenko@mail.ruDavydovaA. S.ДавыдоваА. С.
Russian Federation
alsenko@mail.ruMeschaninovaM. I.МещаниноваМ. И.
Russian Federation
alsenko@mail.ruBishaniA.БишаниА.
Russian Federation
alsenko@mail.ruVorobyevaM. A.ВоробьеваМ. А.
Russian Federation
alsenko@mail.ruZenkovaM. A.ЗенковаМ. А.
Russian Federation
alsenko@mail.ruInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН2108202416261712203202415042024Copyright ©; 2024, Sen’kova A.V., Savin I.A., Chernolovskaya E.L., Davydova A.S., Meschaninova M.I., Bishani A., Vorobyeva M.A., Zenkova M.A.Copyright ©; 2024, Сенькова А.В., Савин И.А., Черноловская Е.Л., Давыдова А.С., Мещанинова М.И., Бишани А., Воробьева М.А., Зенкова М.А.2024Sen’kova A.V., Savin I.A., Chernolovskaya E.L., Davydova A.S., Meschaninova M.I., Bishani A., Vorobyeva M.A., Zenkova M.A.Сенькова А.В., Савин И.А., Черноловская Е.Л., Давыдова А.С., Мещанинова М.И., Бишани А., Воробьева М.А., Зенкова М.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27393

Acute lung injury (ALI) is a specific form of lung inflammation characterized by diffuse alveolar damage, noncardiogenic pulmonary edema, as well as a pulmonary and systemic inflammation. The pathogenesis of ALI involves a cascade inflammatory response accompanied by an increase in the local and systemic levels of proinflammatory cytokines and chemokines. The development of molecular tools targeting key components of cytokine signaling appears to be a promising approach in ALI treatment. The development of lipopolysaccharide (LPS)-induced ALI, as well as the feasibility of suppressing it by an aptamer targeting the proinflammatory cytokine TNF-α, was studied in a mouse model. The TNF-α level was shown to increase significantly and remain steadily high during the development of ALI. LPS-induced morphological signs of inflammation in the respiratory system become most pronounced 24 h after induction. Intranasal administration of TNF-α-targeting aptamers conjugated with polyethylene glycol (PEG-aptTNF-α) to mice with ALI reduced the intensity of inflammatory changes in lung tissue. Assessment of the levels of potential TNF-α target genes (Usp18, Traf1, and Tnfaip3) showed that their expression levels in the lungs increase during ALI development, while declining after the application of PEG-aptTNF-α. Therefore, topical use of TNF-α-targeting aptamers may be an efficient tool for treating ALI and other inflammatory lung diseases.

Острое повреждение легких (ОПЛ) является специфической формой воспаления, которое характеризуется диффузным повреждением альвеол, некардиогенным отеком легких, а также легочным и системным воспалением. Патогенез ОПЛ включает развитие каскадной воспалительной реакции, сопровождающейся подъемом уровней провоспалительных цитокинов и хемокинов на локальном и системном уровне. Разработка молекулярно-генетических инструментов, направленных на ключевые компоненты цитокинового сигналинга в качестве мишени, представляется перспективным подходом к терапии ОПЛ. В работе проанализированы особенности развития липополисахарид (ЛПС)-индуцированного ОПЛ у мышей, а также возможность его подавления аптамером к провоспалительному цитокину TNF-α. Показано, что уровень TNF-α резко повышается и остается стабильно высоким при развитии ОПЛ, а морфологические признаки воспаления в дыхательной системе мышей, вызванные ЛПС, наиболее выражены через 24 ч после индукции. Интраназальное введение мышам с ОПЛ аптамера к TNF-α, конъюгированного с полиэтиленгликолем 40 кДа (PEG-aptTNF-α), вызывало уменьшение интенсивности воспалительных изменений в ткани легких. Оценка уровней потенциальных генов-мишеней TNF-α (Usp18, Traf1, Tnfaip3) показала повышение их экспрессии в легких при развитии ОПЛ и снижение – при введении PEG-aptTNF-α. Таким образом, топическое использование аптамеров, направленных к TNF-α, может служить эффективным инструментом терапии ОПЛ и других воспалительных заболеваний легких.

acute lung injuryproinflammatory cytokinesaptamerstarget genesострое повреждение легкихпровоспалительные цитокиныаптамерные конструкциигены-мишениРоссийский научный фондRussian Science Foundation19-74-30011Правительство Российской ФедерацииGovernment of Russian Federation121031300042-1Mowery N.T., Terzian W.T.H., Nelson A.C. // Curr. Probl. Surg. 2020. V. 57. № 5. P. 100777.Chen X., Tang J., Shuai W., Meng J., Feng J., Han Z. // Inflamm. Res. 2020. V. 69. № 9. P. 883–895.Lucas R., Hadizamani Y., Gonzales J., Gorshkov B., Bodmer T., Berthiaume Y., Moehrlen U., Lode H., Huwer H., Hudel M., et al. // Toxins (Basel). 2020. V. 12. № 4. P. 223.Shah R.D., Wunderink R.G. // Clin. Chest Med. 2017. V. 38. № 1. P. 113.Goligher E.C., Douflé G., Fan E. // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2015. V. 191. № 12. P. 1367–1373.Agrawal D.K., Smith B.J., Sottile P.D., Albers D.J. // Front. Physiol. 2021. V. 12.Pauluhn J. // Toxicology. 2021. V. 450.Laskin D.L., Malaviya R., Laskin J.D. // Toxicol. Sci. 2019. V. 168. № 2. P. 287–301.Zhang C.N., Li F.J., Zhao Z.L., Zhang J.N. // Am. J. Physiol. - Lung Cell. Mol. Physiol. 2021. V. 321. № 5. P. 885–891.Sever I.H., Ozkul B., Erisik Tanriover D., Ozkul O., Elgormus C.S., Gur S.G., Sogut I., Uyanikgil Y., Cetin E.O., Erbas O. // Exp. Lung Res. 2021. P. 1–10.Jiao Y., Zhang T., Zhang C., Ji H., Tong X., Xia R., Wang W., Ma Z., Shi X. // Crit. Care. 2021. V. 25. № 1. P. 356.Kong L., Deng J., Zhou X., Cai B., Zhang B., Chen X., Chen Z., Wang W. // Cell Death Dis. 2021. V. 12. № 10. P. 928.Jamal M., Bangash H.I., Habiba M., Lei Y., Xie T., Sun J., Wei Z., Hong Z., Shao L., Zhang Q. // Virulence. 2021. V. 12. № 1. P. 918–936.Ramasamy S., Subbian S. // Clin. Microbiol. Rev. 2021. V. 34. № 3.Ramasamy S., Subbian S. // Clin. Microbiol. Rev. 2021. V. 34. № 3. P. e0029920Dharra R., Kumar Sharma A., Datta S. // Cytokine. 2023. V. 169.Dharra R., Kumar Sharma A., Datta S. // Cytokine. 2023. V. 169. P. 156287.Gao Y., Zhou A., Chen K., Zhou X., Xu Y., Wu S., Ning X. // Chem. Sci. 2024. V. 15. № 6. P. 2243.Attiq A., Yao L.J., Afzal S., Khan M.A. // Int. Immunopharmacol. 2021. V. 101. P. 108255.Patel S., Saxena B., Mehta P. // Heliyon. 2021. V. 7. № 2.Patel S., Saxena B., Mehta P. // Heliyon. 2021. V. 7. № 2. P. e06158.Adachi T., Nakamura Y. // Mol. 2019, Vol. 24, Page 4229. 2019. V. 24. № 23. P. 4229.Adachi T., Nakamura Y. // Mol. 2019. V. 24. № 23. P. 4229.Ji D., Feng H., Liew S.W., Kwok C.K. // Trends Biotechnol. 2023. V. 41. № 11. P. 1360–1384.Stoll H., Steinle H., Wilhelm N., Hann L., Kunnakattu S.J., Narita M., Schlensak C., Wendel H.P., Avci-Adali M. // Molecules. 2017. V. 22. № 6. P. 954.Yu H., Frederiksen J., Sullenger B.A. // RNA. 2023. V. 29. № 4. P. rna.079503.122.Stephens M. // Pharmacol. Ther. 2022. V. 238. P. 108173.Luo Z., Chen S., Zhou J., Wang C., Li K., Liu J., Tang Y., Wang L. // Front. Bioeng. Biotechnol. 2022. V. 10. P. 976960.Shatunova E.A., Korolev M.A., Omelchenko V.O., Kurochkina Y.D., Davydova A.S., Venyaminova A.G., Vorobyeva M.A. // Biomedicines. 2020. V. 8. № 11. P. 1–44.Lai W.Y., Wang J.W., Huang B.T., Lin E.P.Y., Yang P.C. // Theranostics. 2019. V. 9. № 6. P. 1741–1751.Qi S., Duan N., Khan I.M., Dong X., Zhang Y., Wu S., Wang Z. // Biotechnol. Adv. 2022. V. 55. P. 107902.Zhang Y., Zhang H., Chan D.W.H., Ma Y., Lu A., Yu S., Zhang B., Zhang G. // Front. Cell Dev. Biol. 2022. V. 10. P. 104–108.Daub H., Traxler L., Ismajli F., Groitl B., Itzen A., Rant U. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1.Daub H., Traxler L., Ismajli F., Groitl B., Itzen A., Rant U. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 9265.Hu B., Ge C., Zhu C. // Int. Immunol. 2021. V. 33. № 9. P. 461–468.Xu W., Zhang L., Zhang Y., Zhang K., Wu Y., Jin D. // J. Am. Heart Assoc. 2019. V. 8. № 21. P. e012575. doi: 10.1161/JAHA.119.012575.Xu W., Zhang L., Zhang Y., Zhang K., Wu Y., Jin D. // J. Am. Heart Assoc. 2019. V. 8. № 21. P. e012575.Xiang J., Zhang X., Fu J., Wang H., Zhao Y. // Neuroscience. 2019. V. 419. P. 121–128.Courtois G., Fauvarque M.O. // Biomed. 2018, Vol. 6, Page 43. 2018. V. 6. № 2. P. 43.Courtois G., Fauvarque M.O. // Biomed. 2018. V. 6. № 2. P. 43.Catrysse L., Vereecke L., Beyaert R., van Loo G. // Trends Immunol. 2014. V. 35. № 1. P. 22–31.MacParland S.A., Ma X.-Z., Chen L., Khattar R., Cherepanov V., Selzner M., Feld J.J., Selzner N., McGilvray I.D. // J. Virol. 2016. V. 90. № 12. P. 5549–5560.Sarasin-Filipowicz M., Wang X., Yan M., Duong F.H.T., Poli V., Hilton D.J., Zhang D.-E., Heim M.H. // Mol. Cell. Biol. 2009. V. 29. № 17. P. 4841–4851.Yamashita M., Passegué E. // Cell Stem Cell. 2019. V. 25. № 3. P. 357–372.Savenkova D.A., Gudymo A.S., Korablev A.N., Taranov O.S., Bazovkina D. V., Danilchenko N. V., Perfilyeva O.N., Ivleva E.K., Moiseeva A.A., Bulanovich Y.A., et al. // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. № 2. P. 1156.Savenkova D.A., Gudymo A.S., Korablev A.N., Taranov O.S., Bazovkina D.V., Danilchenko N.V., Perfilyeva O.N., Ivleva E.K., Moiseeva A.A., Bulanovich Y.A., et al. // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. № 2. P. 1156.Wong M., Ziring D., Korin Y., Desai S., Kim S., Lin J., Gjertson D., Braun J., Reed E., Singh R.R. // Clin. Immunol. 2008. V. 126. № 2. P. 121–136.Falvo J. V., Tsytsykova A. V., Goldfeld A.E. // Curr. Dir. Autoimmun. 2010. V. 11. № 1. P. 27–60.Falvo J.V., Tsytsykova A.V., Goldfeld A.E. // Curr. Dir. Autoimmun. 2010. V. 11. № 1. P. 27–60.Leone G.M., Mangano K., Petralia M.C., Nicoletti F., Fagone P. // J. Clin. Med. 2023, Vol. 12, Page 1630. 2023. V. 12. № 4. P. 1630.Leone G.M., Mangano K., Petralia M.C., Nicoletti F., Fagone P. // J. Clin. Med. 2023. V. 12. № 4. P. 1630.Kovacevic K.D., Gilbert J.C., Jilma B. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2018. V. 134. P. 36–50.Malakhova O.A., Kim K. Il, Luo J.K., Zou W., Kumar K.G.S., Fuchs S.Y., Shuai K., Zhang D.E. // EMBO J. 2006. V. 25. № 11. P. 2358–2367.François-Newton V., de Freitas Almeida G.M., Payelle-Brogard B., Monneron D., Pichard-Garcia L., Piehler J., Pellegrini S., Uzé G. // PLoS One. 2011. V. 6. № 7.François-Newton V., de Freitas Almeida G.M., Payelle-Brogard B., Monneron D., Pichard-Garcia L., Piehler J., Pellegrini S., Uzé G. // PLoS One. 2011. V. 6. № 7. P. e22200.Devos M., Mogilenko D.A., Fleury S., Gilbert B., Becquart C., Quemener S., Dehondt H., Tougaard P., Staels B., Bachert C., et al. // J. Invest. Dermatol. 2019. V. 139. № 1. P. 135–145.Martens A., van Loo G. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2020. V. 12. № 1. P. a036418. doi: 10.1101/cshperspect.a036418.Martens A., van Loo G. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2020. V. 12. № 1. P. a036418.