scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-18-1-22-31scbmt-1363Research ArticleМЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS AND TECHNOLOGIES OF BIOMEDICAL RESEARCHИстощающая физическая нагрузка вызывает многократное повышение транскрипции гена HMGB1 в лимфоцитах мини-пиговExhausting Physical Exercise Causes a Multiple Increase in the Transcription of HMGB1 Gene in Mini Pigs’ LymphocytesКаркищенкоВ. Н.KarkischenkoV. N.

Каркищенко Владислав Николаевич, д.м.н., проф.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Vladislav N. Karkischenko, Dr. Sci. (Med.), Prof.

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

scbmt@yandex.ruПомыткинИ. А.PomytkinI. A.

Помыткин Игорь Анатольевич, к.х.н.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Igor A. Pomytkin, Cand. Sci. (Chem.)

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

ipomytkin@mail.ruПетроваН. В.PetrovaN. V.

Петрова Наталья Владимировна

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Nataliya V. Petrova

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

m-sklad@yandex.ruСтанковаН. В.StankovaN. V.

Станкова Наталия Владимировна, к.б.н.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Nataliia V. Stankova, Cand. Sci. (Biol.)

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

snv@scbmt.ruАлимкинаО. В.AlimkinaO. V.

Алимкина Оксана Владимировна

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Oksana V. Alimkina

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

alimkina@scbmt.ruФокинЮ. В.FokinYu. V.

Фокин Юрий Владимирович, к.б.н.,

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Yuriy V. Fokin, Cand. Sci. (Biol.)

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

fokin@scbmt.ruЗубалийА. М.ZubaliyA. M.

Зубалий Анастасия Михайловна, к.б.н.

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Anastasiya M. Zubaliy

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

zanast@mail.ruЛарюшинаН. А.LaryushinaN. A.

Ларюшина Надежда Андреевна

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Nadezhda A. Laryushina

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

kichi09@mail.ruВасильеваИ. А.Vasil’evaI. A.

Васильева Ирина Андреевна

143442, Московская обл., Красногорский р-н, п. Светлые горы, 1

Irina A. Vasil’eva

143442, Moscow Region, Krasnogorsk District, Svetlye Gory Village, 1

rozhstul@mail.ruФГБУН «Научный центр биомедицинских технологий ФМБА России»РоссияScientific Center of Biomedical Technologies of the Federal Medical and Biological Agency of RussiaRussian Federation2022020420221812231Copyright © Каркищенко В.Н., Помыткин И.А., Петрова Н.В., Станкова Н.В., Алимкина О.В., Фокин Ю.В., Зубалий А.М., Ларюшина Н.А., Васильева И.А., 20222022Каркищенко В.Н., Помыткин И.А., Петрова Н.В., Станкова Н.В., Алимкина О.В., Фокин Ю.В., Зубалий А.М., Ларюшина Н.А., Васильева И.А.Karkischenko V.N., Pomytkin I.A., Petrova N.V., Stankova N.V., Alimkina O.V., Fokin Y.V., Zubaliy A.M., Laryushina N.A., Vasil’eva I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1363

Впервые показано, что истощающая физическая нагрузка вызывает кратковременное многократное повышение транскрипции гена HMGB1 в клетках лейкоцитарной фракции крови (лимфоцитах) мини-пигов и статистически значимое повышение уровня лейкоцитов при неизменности других морфологических параметров крови за счёт увеличения числа нейтрофилов в постнагрузочном периоде (до 6 ч включительно). Нейтрофилы могут рассматриваться в качестве маркера для изучения влияния предельной физической нагрузки на процессы, связанные с восстановлением, и как потенциальный повреждающий фактор. Лимфоциты, предположительно, являются источником HMGB1 при кратковременной истощающей физической нагрузке, а выявленное повышение транскрипции гена HMGB1 носит компенсаторный характер и направлено на восстановление пула лимфоцитарного белка HMGB1 в постнагрузочном периоде. HMGB1 лейкоцитов может играть роль повреждающего фактора или фактора регенерации в зависимости от вида и продолжительности физической нагрузки, учитывая его особую роль в ускорении формирования новых мышечных волокон, увеличении их размера и васкуляризации мышечной ткани.

It is shown for the first time that debilitating physical activity causes a short-term multiple increase in the transcription of the HMGB1 gene in the cells of the leukocyte blood fraction (lymphocytes) of mini pigs and a statistically significant increase in the level of leukocytes. At the same time, other morphological parameters of the blood remain unchanged due to an increase in the number of neutrophils in the post-exercise period (up to 6 hours inclusive). Neutrophils can be considered both as a marker for investigating the effect of limiting physical activity on the processes associated with recovery and as a potential damaging factor. Lymphocytes are presumably the source of HMGB1 during short-term debilitating physical activity. The revealed increase in HMGB1 gene transcription is of a compensatory nature and is aimed at restoring the HMGB1 lymphocytic protein pool in the post-exercise period. Leukocyte HMGB1 can play the role of a damaging factor or a regeneration factor depending on the type and duration of physical activity, given its specific role in accelerating the formation of new muscle fibers, increasing their size and vascularization of muscle tissue.

HMGB1генбелоклейкоцитылимфоцитынейтрофилыфизическая нагрузкаистощениевосстановлениемини-пигиgeneproteinleukocyteslymphocytesneutrophilsexerciseexhaustionrecoverymini pigsReferencesСтанкова Н.В., Савина М.А. Непрямой субмаксимальный нагрузочный тест PWC170 определения физической работоспособности на светлогорских мини-свиньях. Биомедицина. 2021;17(3E):89–94.Stankova N.V., Savina M.A. Nepryamoj submaksimal’nyj nagruzochnyj test PWC170 opredeleniya fizicheskoj rabotosposobnosti na svetlogorskix minisvin’yax Indirect submaximal load test PWC170 for determining physical performance on Svetlogorsk mini pigs. Biomedicina Journal Biomed. 2021;17(3E):89– 94. (In Russian). DOI: 10.33647/2713-0428-17-3E-89-94.Шустов Е.Б., Фокин Ю.В., Капанадзе Г.Д., Берзин И.А., Станкова Н.В., Алимкина О.В., Матвеенко Е.Л., Петрова Н.В. Сезонная динамика показателей физической работоспособности лабораторных животных. Биомедицина. 2016;1:66– 73.Shustov E.B., Fokin Yu.V., Kapanadze G.D., Berzin I.A., Stankova N.V., Alimkina O.V., Matveyenko E.L., Petrova N.V. Sezonnaya dinamika pokazatelej fizicheskoj rabotosposobnosti laboratornyx zhivotnyx Seasonal dynamics of indicators of physical performance of laboratory animals. Biomedicina Journal Biomed. 2016;1:66–73. (In Russian).Behringer M., Kilian Y., Montag J., Geesmann B., Mester J. Plasma concentration of high-mobility group box 1 (HMGB1) after 100 drop to vertical jumps and after a 1200-km bicycle race. Res. Sports Med. 2016;24(2):119–129. DOI: 10.1080/15438627.2015.1126275.Behringer M., Kilian Y., Montag J., Geesmann B., Mester J. Plasma concentration of high-mobility group box 1 (HMGB1) after 100 drop to vertical jumps and after a 1200-km bicycle race. Res. Sports Med. 2016;24(2):119–129. DOI: 10.1080/15438627.2015.1126275.Beiter T., Fragasso A., Hudemann J., Niess A.M., Simon P. Short-term treadmill running as a model for studying cell-free DNA kinetics in vivo. Clin. Chem. 2011;57(4):633–636. DOI: 10.1373/clinchem.2010.158030.Beiter T., Fragasso A., Hudemann J., Niess A.M., Simon P. Short-term treadmill running as a model for studying cell-free DNA kinetics in vivo. Clin. Chem. 2011;57(4):633–636. DOI: 10.1373/clinchem.2010.158030.Bekos C., Zimmermann M., Unger L., Janik S., Hacker P., Mitterbauer A., Koller M., Fritz R., Gäbler C., Kessler M., Nickl S., Didcock J., Altmann P., Haider T., Roth G., Klepetko W., Ankersmit H.J., Moser B. Non-professional marathon running: RAGE axis and ST2 family changes in relation to open-window effect, inflammation and renal function. Sci. Rep. 2016;6:32315. DOI: 10.1038/srep32315.Bekos C., Zimmermann M., Unger L., Janik S., Hacker P., Mitterbauer A., Koller M., Fritz R., Gäbler C., Kessler M., Nickl S., Didcock J., Altmann P., Haider T., Roth G., Klepetko W., Ankersmit H.J., Moser B. Non-professional marathon running: RAGE axis and ST2 family changes in relation to open-window effect, inflammation and renal function. Sci. Rep. 2016;6:32315. DOI: 10.1038/srep32315.Boyum A. Separation of leukocytes from blood and bone marrow. Scand. J. Clin. Lab. Investig. 1968;21(Suppl 97):1–9.Boyum A. Separation of leukocytes from blood and bone marrow. Scand. J. Clin. Lab. Investig. 1968;21(Suppl 97):1–9.Campana L., Santarella F., Esposito A., Maugeri N., Rigamonti E., Monno A., Canu T., Del Maschio A., Bianchi M.E., Manfredi A.A., Rovere-Querini P. Leukocyte HMGB1 is required for vessel remodeling in regenerating muscles. J. Immunol. 2014;192(11):5257– 5264. DOI: 10.4049/jimmunol.1300938.Campana L., Santarella F., Esposito A., Maugeri N., Rigamonti E., Monno A., Canu T., Del Maschio A., Bianchi M.E., Manfredi A.A., Rovere-Querini P. Leukocyte HMGB1 is required for vessel remodeling in regenerating muscles. J. Immunol. 2014;192(11):5257– 5264. DOI: 10.4049/jimmunol.1300938.De Mori R., Straino S., Di Carlo A., Mangoni A., Pompilio G., Palumbo R., Bianchi M.E., Capogrossi M.C., Germani A. Multiple effects of high mobility group box protein 1 in skeletal muscle regeneration. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2007;27(11):2377–2383. DOI: 10.1161/ATVBAHA.107.153429.De Mori R., Straino S., Di Carlo A., Mangoni A., Pompilio G., Palumbo R., Bianchi M.E., Capogrossi M.C., Germani A. Multiple effects of high mobility group box protein 1 in skeletal muscle regeneration. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2007;27(11):2377–2383. DOI: 10.1161/ATVBAHA.107.153429.Dormoy-Raclet V., Cammas A., Celona B., Lian X.J., van der Giessen K., Zivojnovic M., Brunelli S., Riuzzi F., Sorci G., Wilhelm B.T., Di Marco S., Donato R., Bianchi M.E., Gallouzi I.E. HuR and miR-1192 regulate myogenesis by modulating the translation of HMGB1 mRNA. Nat. Commun. 2013;4:2388. DOI: 10.1038/ncomms3388.Dormoy-Raclet V., Cammas A., Celona B., Lian X.J., van der Giessen K., Zivojnovic M., Brunelli S., Riuzzi F., Sorci G., Wilhelm B.T., Di Marco S., Donato R., Bianchi M.E., Gallouzi I.E. HuR and miR-1192 regulate myogenesis by modulating the translation of HMGB1 mRNA. Nat. Commun. 2013;4:2388. DOI: 10.1038/ncomms3388.Giallauria F., Cirillo P., D’agostino M., Petrillo G., Vitelli A., Pacileo M., Angri V., Chiariello M., Vigorito C. Effects of exercise training on high-mobility group box-1 levels after acute myocardial infarction. J. Card. Fail. 2011;17(2):108–114. DOI: 10.1016/j.cardfail.2010.09.001.Giallauria F., Cirillo P., D’agostino M., Petrillo G., Vitelli A., Pacileo M., Angri V., Chiariello M., Vigorito C. Effects of exercise training on high-mobility group box-1 levels after acute myocardial infarction. J. Card. Fail. 2011;17(2):108–114. DOI: 10.1016/j.cardfail.2010.09.001.Giallauria F., Gentile M., Chiodini P., Berrino F., Mattiello A., Maresca L., Vitelli A., Mancini M., Grieco A., Lucci R., Torella G., Panico S., Vigorito C. Exercise training reduces high mobility group box-1 protein levels in women with breast cancer: findings from the DIANA-5 study. Monaldi Arch. Chest Dis. 2014;82(2):61–67. DOI: 10.4081/monaldi.2014.45.Giallauria F., Gentile M., Chiodini P., Berrino F., Mattiello A., Maresca L., Vitelli A., Mancini M., Grieco A., Lucci R., Torella G., Panico S., Vigorito C. Exercise training reduces high mobility group box-1 protein levels in women with breast cancer: findings from the DIANA-5 study. Monaldi Arch. Chest Dis. 2014;82(2):61–67. DOI: 10.4081/monaldi.2014.45.Goh J., Behringer M. Exercise alarms the immune system: A HMGB1 perspective. Cytokine. 2018;110:222– 225. DOI: 10.1016/j.cyto.2018.06.031.Goh J., Behringer M. Exercise alarms the immune system: A HMGB1 perspective. Cytokine. 2018;110:222– 225. DOI: 10.1016/j.cyto.2018.06.031.Kang R., Chen R., Zhang Q., Hou W., Wu S., Cao L., Huang J., Yu Y., Fan X.G., Yan Z., Sun X., Wang H., Wang Q., Tsung A., Billiar T.R., Zeh H.J. 3rd, Lotze M.T., Tang D. HMGB1 in health and disease. Mol. Aspects Med. 2014;40:1–116.Kang R., Chen R., Zhang Q., Hou W., Wu S., Cao L., Huang J., Yu Y., Fan X.G., Yan Z., Sun X., Wang H., Wang Q., Tsung A., Billiar T.R., Zeh H.J. 3rd, Lotze M.T., Tang D. HMGB1 in health and disease. Mol. Aspects Med. 2014;40:1–116.Lee G., Espirito Santo A.I., Zwingenberger S., Cai L., Vogl T., Feldmann M., Horwood N.J., Chan J.K., Nanchahal J. Fully reduced HMGB1 accelerates the regeneration of multiple tissues by transitioning stem cells to GAlert. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018;115(19):E4463–E4472. DOI: 10.1073/pnas.1802893115.Lee G., Espirito Santo A.I., Zwingenberger S., Cai L., Vogl T., Feldmann M., Horwood N.J., Chan J.K., Nanchahal J. Fully reduced HMGB1 accelerates the regeneration of multiple tissues by transitioning stem cells to GAlert. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018;115(19):E4463–E4472. DOI: 10.1073/pnas.1802893115.Riuzzi F., Sorci G., Sagheddu R., Chiappalupi S., Salvadori L., Donato R. RAGE in the pathophysiology of skeletal muscle. J. Cachexia Sarcopenia Muscle. 2018;9(7):1213–1234. DOI: 10.1002/jcsm.12350.Riuzzi F., Sorci G., Sagheddu R., Chiappalupi S., Salvadori L., Donato R. RAGE in the pathophysiology of skeletal muscle. J. Cachexia Sarcopenia Muscle. 2018;9(7):1213–1234. DOI: 10.1002/jcsm.12350.Sorci G., Riuzzi F., Arcuri C., Giambanco I., Donato R. Amphoterin stimulates myogenesis and counteracts the antimyogenic factors basic fibroblast growth factor and S100B via RAGE binding. Mol. Cell Biol. 2004;24(11):4880–4894. DOI: 10.1128/MCB.24.11.4880-4894.2004.Sorci G., Riuzzi F., Arcuri C., Giambanco I., Donato R. Amphoterin stimulates myogenesis and counteracts the antimyogenic factors basic fibroblast growth factor and S100B via RAGE binding. Mol. Cell Biol. 2004;24(11):4880–4894. DOI: 10.1128/MCB.24.11.4880-4894.2004.Tirone M., Tran N.L., Ceriotti C., Gorzanelli A., Canepari M., Bottinelli R., Raucci A., Di Maggio S., Santiago C., Mellado M., Saclier M., François S., Careccia G., He M., De Marchis F., Conti V., Ben Larbi S., Cuvellier S., Casalgrandi M., Preti A., Chazaud B., AlAbed Y., Messina G., Sitia G., Brunelli S., Bianchi M.E., Vénéreau E. High mobility group box 1 orchestrates tissue regeneration via CXCR4. J. Exp. Med. 2018;215(1):303–318. DOI: 10.1084/jem.20160217.Tirone M., Tran N.L., Ceriotti C., Gorzanelli A., Canepari M., Bottinelli R., Raucci A., Di Maggio S., Santiago C., Mellado M., Saclier M., François S., Careccia G., He M., De Marchis F., Conti V., Ben Larbi S., Cuvellier S., Casalgrandi M., Preti A., Chazaud B., AlAbed Y., Messina G., Sitia G., Brunelli S., Bianchi M.E., Vénéreau E. High mobility group box 1 orchestrates tissue regeneration via CXCR4. J. Exp. Med. 2018;215(1):303–318. DOI: 10.1084/jem.20160217.Wang H., Bloom O., Zhang M., Vishnubhakat J.M., Ombrellino M., Che J., Frazier A., Yang H., Ivanova S., Borovikova L., Manogue K.R., Faist E., Abraham E., Andersson J., Andersson U., Molina P.E., Abumrad N.N., Sama A., Tracey K.J. HMG-1 as a late mediator of endotoxin lethality in mice. Science. 1999;285(5425):248–251.Wang H., Bloom O., Zhang M., Vishnubhakat J.M., Ombrellino M., Che J., Frazier A., Yang H., Ivanova S., Borovikova L., Manogue K.R., Faist E., Abraham E., Andersson J., Andersson U., Molina P.E., Abumrad N.N., Sama A., Tracey K.J. HMG-1 as a late mediator of endotoxin lethality in mice. Science. 1999;285(5425):248–251.Zhang C., Gu X., Zhao G., Wang W., Shao J., Zhu J., Yuan T., Sun J., Nie D., Zhou Y. Extracel-lular HMGB-1 activates inflammatory signaling in tendon cells and tissues. Ther. Adv. Chronic Dis. 2020;11:20406223-20956429. DOI: 10.1177/2040622320956429.Zhang C., Gu X., Zhao G., Wang W., Shao J., Zhu J., Yuan T., Sun J., Nie D., Zhou Y. Extracel-lular HMGB-1 activates inflammatory signaling in tendon cells and tissues. Ther. Adv. Chronic Dis. 2020;11:20406223-20956429. DOI: 10.1177/2040622320956429.Zhang J., Li F., Augi T., Williamson K.M., Onishi K., Hogan M.V., Neal M.D., Wang J.H. Platelet HMGB1 in platelet-rich plasma (PRP) promotes tendon wound healing. PLoS One. 2021;16(9):e0251166. DOI: 10.1371/journal.pone.0251166.Zhang J., Li F., Augi T., Williamson K.M., Onishi K., Hogan M.V., Neal M.D., Wang J.H. Platelet HMGB1 in platelet-rich plasma (PRP) promotes tendon wound healing. PLoS One. 2021;16(9):e0251166. DOI: 10.1371/journal.pone.0251166.Zhao G., Zhang J., Nie D., Zhou Y., Li F., Onishi K., Billiar T., Wang J.H. HMGB1 mediates the development of tendinopathy due to mechanical overloading. PLoS One. 2019;14(9):e0222369. DOI: 10.1371/journal.pone.0222369.Zhao G., Zhang J., Nie D., Zhou Y., Li F., Onishi K., Billiar T., Wang J.H. HMGB1 mediates the development of tendinopathy due to mechanical overloading. PLoS One. 2019;14(9):e0222369. DOI: 10.1371/journal.pone.0222369.

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