Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI138610.15789/2220-7619-TEO-1386ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИSaposin D acting on macrophage bacteriostatic function in experimental tuberculosis infectionВлияние сапозина D на бактериостатическую функцию макрофагов при экспериментальной туберкулезной инфекцииhttps://orcid.org/0000-0001-6854-7932ShepelkovaG. S.ШепельковаГ. С.
Russian Federation

Galina S. Shepelkova - PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory for Clinical Immunogenetics and Cell Technologies, Central Tuberculosis Research Institute.

107564, Moscow, Yauza alley, 2.

Phone: +7 (499) 785-90-72

Шепелькова Галина Сергеевна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории клинической иммуногенетики и клеточных технологий.

107564, Москва, Яузская аллея, 2.

Тел.: 8 (499) 785-90-72

shepelkovag@yahoo.comEvstifeevV. V.ЕвстифеевВ. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory for Clinical Immunogenetics and Cell Technologies, Central Tuberculosis Research Institute.

Moscow.

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории клинической иммуногенетики и клеточных технологий.

Москва.

vladimir-evstifeev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2494-9275ErgeshovA. E.ЭргешовА. Э.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Professor, Director of the Central Tuberculosis Research Institute.

Moscow.

Доктор медицинских наук, профессор, директор.

Москва.

cniit@ctri.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6608-7557YeremeevV. V.ЕремеевВ. В.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Deputy Director of the Central Tuberculosis Research Institute.

Moscow.

Доктор медицинских наук, заместитель директора по научной работе.

Москва.

yeremeev56@mail.ruCentral Tuberculosis Research InstituteЦентральный научно-исследовательский институт туберкулеза230620211134734802002202011032020Copyright ©; 2020, Shepelkova G.S., Evstifeev V.V., Ergeshov A.E., Yeremeev V.V.Copyright ©; 2020, Шепелькова Г.С., Евстифеев В.В., Эргешов А.Э., Еремеев В.В.2020Shepelkova G.S., Evstifeev V.V., Ergeshov A.E., Yeremeev V.V.Шепелькова Г.С., Евстифеев В.В., Эргешов А.Э., Еремеев В.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1386

The protection against tuberculosis infection is largely determined by the ability of host tissue macrophages to limit the growth and spread of mycobacteria. Able to multiply within the host macrophages, mycobacteria have developed a number of protective mechanisms preventing phagosome-lysosome fusion, thereby evading damaging effects of lysosomal enzymes. Saposins are small, acidic, thermostable, non-enzymatic glycoproteins that participate as co-fac-tors in degradation of short oligosaccharide head group glycosphingolipids. Saposins A, B, C and D are formed in acidic endosomes due to cleavage of initial prosaposin molecule. The effect of saposins on human immune response is mediated by their involvement in presenting mycobacterial antigens on CD1 molecules. Preliminary studies with electron microscopy allowed to uncover saposin D-bound damaging effect on Mycobacterium tuberculosis in acidic environment. These data allowed us to suggest that saposin D is an important protective component fighting against TB infection. The aim of the study was to explore how saposin D deficiency might affect formation of anti-tuberculosis immune response and ability of macrophages to inhibit M. tuberculosis growth. Materials and methods. Interstitial pulmonary macrophages and peritoneal macrophages were isolated from wild type C57BL/6 strain and saposin D deficient C57BL/6-SapD-/- mouse strains. Results. It was found that as compared to macrophages from mice, macrophages from wild type strain significantly better controlled mycobacteria growth in vitro. To study an opportunity of compensating for deficient saposin D in peritoneal macrophages from C57BL/6-SapD-/- mice, a saposin D gene-bearing lentiviral vector was created. Transfection of SAPD-deficient peritoneal macrophages with expression vector compensated for saposin D deficiency in such cells and restored bactericidal function. The mechanisms of action for current anti-TB drugs are mediated by various metabolic pathways in mycobacteria (inhibited biosynthesis of fatty acids, arabinogalactan, peptidoglycan and protein; inhibition of DNA-dependent processes, proton pumps and cytochrome P450-dependent monooxygenases). Conclusion. It was shown that saposin D deficiency affects activation of macrophage bactericidal function in vitro. Our study data may be a prerequisite for biologically substantiated potential of using a vector construct bearing natural human protein gene such as saposin D, as a new anti-tuberculosis drug.

Протекция при туберкулезной инфекции во многом определяется способностью тканевых макрофагов организма хозяина ограничивать рост и распространение микобактерий. Способные к размножению внутри макрофагов хозяина микобактерии выработали ряд защитных механизмов, препятствующих слиянию фагосом с лизосомами, избегая тем самым разрушительного воздействия лизосомальных ферментов. Сапозины представляют собой небольшие, кислые, термостабильные, не обладающие ферментативной активностью гликолипопротеины, участвующие в качестве кофакторов в процессах деградации гликосфинголипидов с короткими олигосахаридными головными группами. Сапозины A, B, C и D образуются в кислых эндосомах в результате расщепления исходной молекулы просапозина. Влияние сапозинов на иммунный ответ человека на микобактериальную инфекцию обусловлено их участием в процессе презентации антигенов микобактерий на молекулах CD1. В предварительных исследованиях методом электронной микроскопии нами было обнаружено повреждающее действие сапозина D на мембрану Mycobacterium tuberculosis в кислой среде. Эти данные позволили нам предположить, что сапозин D является важным компонентом защиты от туберкулезной инфекции. Цель исследования — изучение влияния дефицита сапозина D на формирование противотуберкулезного иммунного ответа и на способность макрофагов подавлять рост M. tuberculosis. Материалы и методы. Работу проводили на интерстициальных легочных макрофагах и макрофагах перитонеального экссудата мышей родительской линии C57BL/6 и дефицитной по гену сапозина D линии C57BL/6-SapD-/-. Результаты. В результате проведенных исследований было установлено, что макрофаги мышей линии C57BL/6 дикого типа, как интерстициальные легочные, так и перитонеального экссудата, контролируют рост микобактерий in vitro значительно более эффективно, чем макрофаги, дефицитные по гену SAPD. Для изучения возможности компенсации дефицита сапозина D в макрофагах перитонеального экссудата мышей C57BL/6-SapD-/- на основе лентивирусного вектора была создана генетическая конструкция, содержащая искусственный ген сапозина D. Заражение дефицитных по гену SAPD перитонеальных макрофагов экспрессионным вектором приводило к компенсации дефицита сапозина D в этих клетках и восстановлению их бактерицидной функции. Механизм действия всех известных на сегодня лекарств объясняется влиянием на различные пути метаболизма микобактерий (ингибиция биосинтеза жирных кислот, арабиногалактана, пептидогликана и биосинтеза белка; ингибиция ДНК-зависимых процессов, протоновых насосов и цитохром Р450-зависимых монооксигеназ). Выводы. Показано, что дефицит сапозина D препятствует активации бактерицидной функции макрофагов in vitro. Наше исследование может являться предпосылкой биологического обоснования возможности использования генетической конструкции на основе гена природного белка человека, а именно сапозина D, в качестве нового противотуберкулезного препарата.

tuberculosismacrophagessaposin Dartificial genelentivirusglycolipoproteinтуберкулезмакрофагисапозин Dискусственный генлентивирусгликолипопротеинРабота выполнена в рамках темы НИР 05152019-0018.1. Еремеев В.В., Апт А.С. Сапозин-подобные белки в противоинфекционном иммунном ответе // Инфекция и иммунитет. 2012. Т. 2, № 3. C. 597—602. doi: 10.15789/2220-76192012-3-597-6022. Шепелькова Г.С., Евстифеев В.В., Апт А.С. Исследование молекулярных механизмов патогенеза туберкулеза в экспериментальных моделях // Туберкулез и болезни легких. 2012. Т. 89, № 7. С. 3—11.3. Шепелькова Г.С., Майоров К.Б., Евстифеев В.В., Апт А.С. Взаимодействие Т-лимфоцитов CD4+CD27hi и CD4+CD27lD с макрофагами при туберкулезной инфекции у мышей // Туберкулез и болезни легких. 2015. № 12. С. 57—60.4. Collins H.L., Kaufmann S.H.E. The many faces of host response to tuberculosis. Immunology, 2001, vol. 103, no. 1, pp. 1—9. doi: 10.1046/j.1365-2567.2001.01236.x5. Hoffman J.A., Kafatos F.C., Janeway C.A., Ezekowitz R.A. Phylogenetic perspectives in innate immunity. Science, 1999, vol. 284, no. 5418, pp. 1313-1318. doi: 10.1126/science.284.5418.13136. Kishimoto Y., Hiraiwa M., O'Brien J.S. Saposins: structure, function, distribution, and molecular genetics. J. Lipid Res., 1992, vol. 33, no. 9, pp. 1255-1267.7. Kolter T., Winau F., Schaible U.E., Leippe M., Sandhoff K. Lipid-binding proteins in membrane digestion, antigen presentation, and antimicrobial defense. J. Biol. Chem., 2005, vol. 280, no. 50, pp. 41125- 41128. doi: 10.1074/jbc.R5000152008. Lyadova I.V., Eruslanov E.B., Khaidukov S.V., Yeremeev V.V., Majorov K.B., Pichugin A.V., Nikonenko B.V., Kondratieva T.K., Apt A.S. Comparative analysis of T lymphocytes recovered from the lungs of mice genetically susceptible, resistant, and hyperresistant to Mycobacterium tuberculosis-triggered disease. J. Immunol., 2000, vol. 165, no. 10, pp. 5921—5931. doi: 10.4049/jimmunol.165.10.59219. MacMicking, J.D., North R.J., LaCourse R., Mudqett J.S., Shah S.K., Nathan C.F. Identification of nitric oxide synthase as a protective locus against tuberculosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1997, vol. 94, no. 10, pp. 5243—5248. doi 10.1073/pnas.94.10.524310. Majorov K.B., Lyadova I.V., Kondratieva T.K., Eruslanov E.B., Rubakova E.I., Orlova M.O., Mischenko V.V., Apt A.S. Different innate ability of I/St and A/Sn mice to combat virulent Mycobacterium tuberculosis: phenotypes expressed in lung and extrapul-monary macrophages. Infect. Immun, 2003, vol. 71, no. 2, pp. 697—707. doi: 10.1128/iai.71.2.697-707.200311. Matsuda J., Kido M., Tadano-Aritomi K., Ishizuka I., Tominaga K., Toida K., Takeda E., Suzuki K., Kuroda Y. Mutation in sa-posin D domain of sphingolipid activator protein gene causes urinary system defects and cerebellar Purkinje cell degeneration with accumulation of hydroxy fatty acid-containing ceramide in mouse. Hum. Mol. Genet., 2004, vol. 13, no. 21, pp. 2709—2723. doi: 10.1093/hmq/ddh28112. McShane H., Jacobs W.R., Fine P.E., Reed S.G., McMurray D.N., Behr M., Williams A., Orme I.M. BCG: myths, realities, and the need for alternative vaccine strategies. Tuberculosis (Edinb), 2012, vol. 92, no. 3, pp. 283—288. doi: 10.1016/j.tube.2011.12.00313. Nikonenko B.V., Averbakh M.M. Jr., Lavebratt C., Schurr E., Apt A.S. Comparative analysis of mycobacterial infections in susceptible I/St and resistant A/Sn inbred mice. J. Immunol, 2000, vol. 165, no. 10,pp. 5921—5931. doi: 10.4049/jimmunol.165.10.592114. WHO. Global Tuberculosis report 2019. Geneva: WHO, 2019. URL: https://www.who.int/tb/publications/global_report/ru/ (16.11.2020)15. Winau F., Schwierzeck V., Hurwitz R., Remmel N., Sieling P.A., Modlin R.L., Porcelli S.A., Brinkmann V., Sugita M., Sandhoff K., Kaufmann S.H., Schaible U.E. Saposin C is required for lipid presentation by human CD1b. Nat. Immunol., 2004, vol. 5, no. 2, pp. 169-174. doi:10.1038/ni103516. Young D.B., Perkins M.D., Duncan K., Barry C.E. 3rd. Confronting the scientific obstacles to global control of tuberculosis. J. Clin. Invest., 2008, vol. 118, no. 4, pp. 1255-1265. doi: 10.1172/JCI34614