Роль рецептора активатора плазминогена урокиназного типа в регуляции ангиогенных свойств Sca1+ васкулогенных клеток-предшественниц

   Ключевым этапом, определяющим течение регенеративных процессов в постинфарктном сердце, является формирование новой сосудистой сети. Известно, что рецептор активатора плазминогена урокиназного типа (uPAR) играет важную роль в регуляции функций эндотелиальных клеток и процессах постнатального ангиогенеза. При этом его участие в регуляции свойств сосудистых клеток-предшественниц остается неизученным.
   Цель исследования. Оценить экспрессию uPAR на поверхности резидентных кардиальных васкулогенных клеток-предшественников (ркВКП) и его влияние на ангиогенные свойства клеток in vitro, а также – постинфарктную васкуляризацию сердца.

   Материалы и методы. В работе использовали модель инфаркта миокарда у мыши, иммунофлуоресцентные методы исследования криосрезов для проведения характеристики сосудов и ркВКП, оценку ангиогенных свойств васкулогенных клеток-предшественников методом «tube assay» и индукции дифференцировки в специализированной среде.
   Результаты. Обнаружили, что большинство Sca-1+ ркВКП экспрессируют на своей поверхности урокиназный рецептор и маркеры эндотелиальных клеток, способны к пролиферации и интеграции в состав новообразованных сосудов в зоне повреждения, что указывает на возможное их участие в процессе васкуляризации после инфаркта. После острого ишемического повреждения в миокарде uPAR-/- животных наблюдали нарушение аккумуляции васкулогенных прогениторных клеток (8+2 и 27+7 клеток в поле зрения, соответственно; p = 0,032) и процессов васкуляризации (85+11 и 166+25 капилляров в поле зрения, соответственно; p = 0,033), в сравнении с животными дикого типа. Проведенные исследования показали, что Sca-1+ ркВКП, полученные из сердец uPAR-/-мышей, демонстрировали сниженную способность к формированию капилляроподобных структур и эндотелиальной дифференцировке, в сравнении с Sca-1+ ркВКП из сердец мышей дикого типа.
   Заключение. Таким образом, дефицит uPAR может приводить к нарушению васкулогенных свойств Sca-1+ ркВКП, что, вероятно, связано с потерей регуляторного влияния специфических лигандов и способностью взаимодействовать с сигнальными медиаторами, такими как интегрины. С позиции регенеративной медицины модуляция активности uPAR может рассматриваться как потенциальная мишень для направленной регуляции свойств васкулогенных клеток-предшественниц и процессов постнатального ангиогенеза.

Хайлайт

   Рецептор активатора плазминогена урокиназного типа вовлечен в регуляцию ангиогенных свойств Sca1+ васкулогенных клеток-предшественниц.

1. Arjmand B., Abedi M., Arabi M., Alavi-Moghadam S., Rezaei-Tavirani M., Hadavandkhani M., Tayanloo-Beik A., Kordi R., Roudsari P. P., Larijani B. Regenerative Medicine for the Treatment of Ischemic Heart Disease; Status and Future Perspectives. Front Cell Dev Biol. 2021; 9: 704903. DOI: 10.3389/fcell.2021.704903.

2. Vidal-Calés P., Cepas-Guillén P. L., Brugaletta S., Sabaté M. New Interventional Therapies beyond Stenting to Treat ST-Segment Elevation Acute Myocardial Infarction. J Cardiovasc Dev Dis. 2021; 8 (9): 100. DOI: 10.3390/jcdd8090100.

3. Viola M., de Jager S. C. A., Sluijter J. P. G. Targeting Inflammation after Myocardial Infarction: A Therapeutic Opportunity for Extracellular Vesicles? Int J Mol Sci. 2021; 22 (15): 7831. DOI: 10.3390/ijms22157831.

4. He L., Huang X., Kanisicak O., Li Yi., Wang Y., Li Y., Pu W., Liu Q., Zhang H., Tian X., Zhao H., Liu X., Zhang S., Nie Yu., Hu S., Miao X., Dong Wang Q., Wang F., Chen T., Xu Q., Lui K., Molkentin J. D, Zhou B. Preexisting endothelial cells mediate cardiac neovascularization after injury. J Clin Invest. 2017. DOI: 10.1172/JCI93868. PMID: 2865034. PMID: 28650345. PMCID: PMC5531398.

5. Дергилев К. В. Характеристика ангиогенных свойств с-kit+ клеток миокарда / К. В. Дергилев [и др.] // Гены и клетки. – 2018. – 14 (3): 86–93. DOI: 10.23868/201811038.

6. Scalise M., Marino F., Cianflone E., Mancuso T., Marotta P., Aquila I., Torella M., Nadal-Ginard B., Torella D. Heterogeneity of Adult Cardiac Stem Cells. Adv Exp Med Biol. 2019; 1169: 141–178. DOI: 10.1007/978-3-030-24108-7_8. PMID: 31487023.

7. Bhartiya D., Flora Y., Sharma D., Mohammad S. A. Two Stem Cell Populations Including VSELs and CSCs Detected in the Pericardium of Adult Mouse Heart. Stem Cell Rev Rep. 2021; 17 (2): 685–693. DOI: 10.1007/s12015-021-10119-9.

8. Iancu C. B., Iancu D., Renţea I., Hostiuc S., Dermengiu D., Rusu M. C. Molecular signatures of cardiac stem cells. Rom J Morphol Embryol. 2015; 56 (4): 1255–1262. PMID: 26743269.

9. Santi L. A., Napolitano F., Montuori N., Ragno P. The Urokinase Recep-tor: A Multifunctional Receptor in Cancer Cell Biology. Therapeutic Implications. Int J Mol Sci. 2021; 22 (8): 4111. DOI: 10.3390/ijms22084111. PMID: 33923400. PMCID: PMC8073738.

10. Dergilev K. V., Stepanova V. V., Beloglazova I. B., Tsokolayev Z. I., Parfenova E. V. Multifaced Roles of the Urokinase System in the Regulation of Stem Cell Niches. Acta Naturae. 2018; 10 (4): 19–32. PMID: 30713759. PMCID: PMC6351041.

11. Baart V. M., Houvast R. D., de Geus-Oei L. F., Quax P. H. A., Kuppen P. J. K., Vahrmeijer A. L, Sier C. F. M. Molecular imaging of the urokinase plasminogen activator receptor: opportunities beyond cancer. EJNMMI Res. 2020; 10 (1): 87. DOI: 10.1186/s13550-020-00673-7. PMID: 32725278. PMCID: PMC7387399.

12. Dewerchin M., Nuffelen A. V., Wallays G., Bouché A., Moons L., Carmeliet P., Mulligan R. C., Collen D. Generation and characterization of urokinase receptor-deficient mice. J Clin Invest. 1996; 97 (3): 870–878. PMID: 8609247. PMCID: PMC507128. DOI: 10.1172/JCI118489.

13. Dergilev K. V., Tsokolaeva Z. I., Beloglazova I. B., Ratner E. I., Molokotina Yu. D., Parfenova E. V. Angiogenic properties of myocardial c-kit+ cells. Genes & Cells. 2018; 13 (3): 82–88. DOI: 10.23868/201811038.

14. Xiao Q., Zeng L., Zhang Z., Margariti A., Ali Z. A., Channon K. M., Xu Q., Hu Y. Sca-1+ progenitors derived from embryonic stem cells differentiate into endothelial cells capable of vascular repair after arterial injury. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2006; 26 (10): 2244–2251. DOI: 10.1161/01.ATV.0000240251.50215.50.

15. Dergilev K. V., Tsokolaeva Z. I., Beloglazova I. B., Zubkova E. S., Ratner E. I., Molokotina Y. D., Parfenova E. V. Urokinase Receptor Regulates Adhesion of Progenitor Cardiac Cells to Vitronectin. Bull Exp Biol Med. 2019; 167 (3): 315–319. DOI: 10.1007/s10517-019-04517-w. PMID: 31346863.

16. Li Santi A., Napolitano F., Montuori N., Ragno P. The Urokinase Receptor: A Multifunctional Receptor in Cancer Cell Biology. Therapeutic Implications. Int J Mol Sci. 2021; 22 (8): 4111. DOI: 10.3390/ijms22084111.

17. Jia C., Malone H. M., Keasey M. P., Lovins C., Elam J., Hagg T. Blood Vitronectin Induces Detrimental Brain Interleukin-6 and Correlates With Outcomes After Stroke Only in Female Mice. Stroke. 2020; 51 (5): 1587–1595. DOI: 10.1161/STROKEAHA.120.029036.

18. Keasey M. P., Jia C., Pimentel L. F., Sante R. R., Lovins C., Hagg T. Blood vitronectin is a major activator of LIF and IL-6 in the brain through integrin-FAK and uPAR signaling. J Cell Sci. 2018; 131 (3): jcs202580. DOI: 10.1242/jcs.202580.

19. Napolitano F., Montuori N. The Role of the Plasminogen Activation System in Angioedema: Novel Insights on the Pathogenesis. J Clin Med. 2021; 10 (3): 518. DOI: 10.3390/jcm10030518.

20. Gorrasi A., Petrone A. M., Li Santi A., Alfieri M., Montuori N., Ragno P. New Pieces in the Puzzle of uPAR Role in Cell Migration Mechanisms. Cells. 2020; 9 (12): 2531. DOI: 10.3390/cells9122531.

21. Heydarkhan-Hagvall S., Gluck J. M., Delman C., Jung M., Ehsani N., Full S., Shemin R. J. The effect of vitronectin on the differentiation of embryonic stem cells in a 3D culture system. Biomaterials. 2012 (7): 2032–2040. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2011.11.065. PMID: 22169822. PMCID: PMC7731733.

22. Ferraris G. M., Schulte C., Buttiglione V., De Lorenzi V., Piontini A., Galluzzi M., Podestà A., Madsen C. D., Sidenius N. The interaction between uPAR and vitronectin triggers ligand-independent adhesion signalling by integrins. EMBO J. 2014; 33 (21): 2458–2472. DOI: 10.15252/embj.201387611. PMID: 25168639.

23. Chillà A., Margheri F., Biagioni A., Del Rosso M., Fibbi G., Laurenzana A. Mature and progenitor endothelial cells perform angiogenesis also under protease inhibition: the amoeboid angiogenesis. J Exp Clin Cancer Res. 2018; 37 (1): 74. DOI: 10.1186/s13046-018-0742-2.

24. Manetti M., Rosa I., Fazi M., Guiducci S., Carmeliet P., Ibba-Manneschi L., Matucci-Cerinic M. Systemic sclerosis-like histopathological features in the myocardium of uPAR-deficient mice. Ann Rheum Dis. 2016; 75 (2): 474–478. DOI: 10.1136/annrheumdis-2015-207803 PMID: 26269399.

25. Manetti M., Rosa I., Milia A. F., Guiducci S., Carmeliet P., Ibba-Manneschi L., Matucci-Cerinic M. Inactivation of urokinase-type plasminogen activator receptor (uPAR) gene induces dermal and pulmonary fibrosis and peripheral microvasculopathy in mice: a new model of experimental scleroderma? Ann Rheum Dis. 2014; 73 (9): 1700–1709. DOI: 10.1136/annrheumdis-2013-203706. PMID: 23852693.

26. D’Alessio S., Fibbi G., Cinelli M., Guiducci S., Del Rosso A., Margheri F., Serratì S., Pucci M., Kahaleh B., Fan P., Annunziato F., Cosmi L., Liotta F., Matucci-Cerinic M., Del Rosso M. Matrix metalloproteinase 12-dependent cleavage of urokinase receptor in systemic sclerosis microvascular endothelial cells results in impaired angiogenesis. Arthritis Rheum. 2004; 50 (10): 3275–3285. DOI: 10.1002/art.20562. PMID: 15476218.

27. Serratì S., Cinelli M., Margheri F., Guiducci S., Del Rosso A., Pucci M., Fibbi G., Bazzichi L., Bombardieri S., Matucci-Cerinic M., Del Rosso M. Systemic sclerosis fibroblasts inhibit in vitro angiogenesis by MMP-12-dependent cleavage of the endothelial cell urokinase receptor. J Pathol. 2006; 210 (2): 240–248. DOI: 10.1002/path.2048. PMID: 16917801.

28. Margheri F., Luciani C., Taddei M. L., Giannoni E., Laurenzana A., Biagioni A., Chillà A., Chiarugi P., Fibbi G., Del Rosso M. The receptor for urokinase-plasminogen activator (uPAR) controls plasticity of cancer cell movement in mesenchymal and amoeboid migration style. Oncotarget. 2014 30; 5 (6): 1538–1553. DOI: 10.18632/oncotarget.1754. PMID: 24681666.

29. Bernstein A. M., Twining S. S., Warejcka D. J., Tall E., Masur S. K. Urokinase receptor cleavage: a crucial step in fibroblast-to-myofibroblast differentiation. Mol Biol Cell. 2007; 18 (7): 2716–2727. DOI: 10.1091/mbc.e06-10-0912. PMID: 17507651.

30. Bernstein A. M., Greenberg R. S., Taliana L., Masur S. K. Urokinase anchors uPAR to the actin cytoskeleton. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2004; 45 (9): 2967–2977. DOI: 10.1167/iovs.04-0030. PMID: 15326109.