Экспрессия гипоксия-индуцибельного фактора HIF1α как критерий развития гипоксии тканей

Целью исследования была оценка пригодности применения уровня экспрессии гипоксия-индуцированного фактора HIF1α для диагностики степени тяжести гипоксии тканей. Экспрессия HIF1α является типовой ответной реакцией генома клеток на гипоксическое воздействие, запускающей многоплановые механизмы адаптации к гипоксии и повышения способности тканей к переживанию неблагоприятных воздействий. Экспериментальная гипоксия создавалась подъемом лабораторных крыс Wistar в барокамере на высоты 6, 8, 10, 11 и 12 км. Длительность экспозиции варьировала от 30 до 5 минут в зависимости от высоты. Сразу же после спуска животных забирались биологические материалы (цельная кровь, почки, печень, сердце, мозг), в которых методом ПЦР в реальном времени определялась экспрессия HIF1α. В качестве гена стандартизации использовался ген «домашнего хозяйства» TSPO (митохондриальный транслокаторный белок). Показано, что и HIF1α, и TSPO обладают выраженной тканеспецифичностью. В условиях гипоксии экспрессия TSPO по высотам характеризуется высокой вариативностью. Динамика экспрессии HIF1α по высотам показывает принципиальную возможность использования этого показателя для оценки выраженности тканевой гипоксии, не зависящей от способа моделирования гипоксического воздействия.

гипоксия, гипоксия-индуцибельный фактор, лабораторные животные, экспрессия, HIF1α, ПЦР в реальном времени, hypoxia, hypoxia-inducible factor, laboratory animals, expression of HIF1a, real-time PCR

1. Малышев И.Ю. Стресс-белки в биологии и медицине. - М.: ГЕОТАР-Медиа, 2012. - 176 с.

2. Bianchi L., Tacchini L., Cairo G. HIF-1-mediated activation of transferrin receptor gene transcription by iron chelation // Nucleic Acids Res., 1999; 27: 4223-4227.

3. Chen J., Zhao S., Nakada K., Kuge Y., Tamaki N., Okada F., Wang J., Shindo M., Higashino F., Takeda K. Dominant-negative hypoxia-inducible factor-1 alpha reduces tumorigenicity of pancreatic cancer cells through the suppression of glucose metabolism // Am. J. Pathol., 2003; 162: 1283-1291.

4. Conway E.M., Collen D., Carmeliet P. Molecular mechanisms of blood vessel growth // Cardiovasc. Res., 2001; 49: 507-521.

5. Eckhart A.D., Yang N., Xin X., Faber J.E. Characterization of the alpha1B-adrenergic receptor gene promoter region and hypoxia regulatory elements in vascular smooth muscle // Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1997; 94: 9487-9492.

6. Feldser D., Agani F., Lyer N.V., Pak B., Ferreira G., Semenza G.L. Reciprocal positive regulation of hypoxia-inducible factor 1alpha and insulin-like growth factor 2 // Cancer. Res., 1999; 59: 3915-3918.

7. Fukuda R., Zhang H., Kim J.W., Shimoda L., Dang C.V., Semenza G.L. HIF-1 regulates cytochrome oxidase subunits to optimize efficiency of respiration in hypoxic cells // Cell, 2007; 129: 111-122.

8. Gordan J.D., Thompson C.B., Simon M.C. HIF and c-Myc: Sibling rivals for control of cancer cell metabolism and proliferation // Cancer. Cell, 2007; 12: 108-113.

9. Hu J., Discher D.J., Bishopric N.H., Webster K.A. Hypoxia regulates expression of the endothelin-1 gene through a proximal hypoxia-inducible factor-1 binding site on the antisense -strand // Biochem. Biophys. Re.s Commun., 1998; 245: 894-899.

10. Kim J.W., Tchernyshyov I., Semenza G.L., Dang C.V. HIF-1-mediated expression of pyruvate dehydrogenase kinase: a metabolic switch required for cellular adaptation to hypoxia // Cell Metab, 2006; 3: 177-185.

11. Krishnamachary B., Berg-Dixon S., Kelly B., Agani F., Feldser D., Ferreira G., Iyer N., LaRusch J., Pak B., Taghavi P. Regulation of colon carcinoma cell invasion by hypoxia-inducible factor 1 // Cancer Res 2003. 63:1138-1143.

12. Lee P.J., Jiang B.H., Chin B.Y., Iyer N.V., Alam J., Semenza G.L., Choi A.M. Hypoxia-inducible factor-1 mediates transcriptional activation of the hemeoxygenase-1 gene in response to hypoxia // J. Biol. Chem., 1997; 272: 5375-5381.

13. Lok C.N., Ponka P. Identification of a hypoxia response element in the transferrin receptor gene // J. Biol. Chem., 1999; 274: 24147-24152.

14. Lu H., Forbes R.A., Verma A. Hypoxia-inducible factor 1 activation by aerobic glycolysis implicates the Warburg effect in carcinogenesis // J. Biol. Chem., 2002; 277: 23111-23115.

15. Makino Y., Cao R., Svensson K., Bertilsson G., Asman M., Tanaka H. Inhibitory PAS domain protein is a negative regulator of hypoxia-inducible gene expression // Nature, 2001; 414: 550-554.

16. Melillo G., Musso T., Sica A., Taylor L.S., Cox G.W., Varesio L. A hypoxiaresponsive element mediates a novel pathway of activation of the inducible nitric oxide synthase promoter // J. Exp. Med., 1995; 182: 1683-1693.

17. Mukhopadhyay C.K., Mazumder B., Fox P.L. Role of hypoxia-inducible factor-1 in transcriptional activation of ceruloplasmin by iron deficiency // J. Biol. Chem. 2000; 275: 21048-21054.

18. Neufeld G., Cohen T., Gengrinovitch S., Poltorak Z. Vascular endothelial growth factor (VEGF) and its receptors // FASEB J., 1999; 13: 9-22.

19. Nguyen S.V., Claycomb W.C. Hypoxia regulates the expression of the adrenomedullin and HIF-1 genes in cultured HL-1 cardiomyocytes // Biochem. Biophys. Res. Commun., 1999; 265: 382-386.

20. Papandreou I., Cairns R.A., Fontana L., Lim A.L., Denko N.C. HIF-1 mediates adaptation to hypoxia by actively downregulating mitochondrial oxygen consumption // Cell Metab., 2006; 3: 187-197.

21. Rolfs A., Kvietikova I., Gassmann M., Wenger R.H. Oxygen-regulated transferrin expression is mediated by hypoxia-inducible factor-1 // J. Biol. Chem., 1997; 272: 20055-20062.

22. Semenza G.L., Nejfelt M.K., Chi S.M., Antonarakis S.E. Hypoxia-inducible nuclear factors bind to an enhancer element located 3 to the human erythropoietin gene // Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1991; 88: 5680-5684.

23. Semenza G.L., Jiang B.H., Leung S.W., Passantino R., Concordet J.P., Maire P., Giallongo A. Hypoxia response elements in the aldolase A, enolase 1, and lactate dehydrogenase A gene promoters contain essential binding sites for hypoxia-inducible factor 1 // J. Biol. Chem., 1996; 271: 32529-32537.

24. Semenza G.L. Targeting HIF-1 for cancer therapy // Nat. Rev. Cancer., 2003; 3: 721-732.

25. Stroka D.M., Burkhardt T., Desbaillets I., Wenger R.H., Neil D.A.H., Bauer C., Gassmann M., Candinas D. HIF-1 is expressed in normoxic tissue and displays an organ-specific regulation under systemic hypoxia // FASEB J., 2001. V. 15. N. 11. P. 2445-2453.

26. Tacchini L., Radice L., Bernelli-Zazzera A. Differential activation of some transcription factors during rat liver ischemia, reperfusion, and heat shock // J. Cell Physiol., 1999; 180: 255-262.

27. Wang G.L., Semenza G.L. Purification and characterization of hypoxia-inducible factor 1 // J. Biol. Chem., 1995; 270: 1230-1237.