Ekologiya cheloveka (Human Ecology)Ekologiya cheloveka (Human Ecology)Экология человека1728-08692949-1444Eco-Vector4347310.33396/1728-0869-2020-8-20-25ArticlesСтатьиResearch ArticlePERIPHERAL BLOOD LYMPHOCYTES ADENOSINE TRIPHOSPHATE AVAILABILITY AMONG THE RESIDENTS OF THE NORTHERN EUROPEAN RUSSIAОБЕСПЕЧЕННОСТЬ АДЕНОЗИНТРИФОСФАТОМ ЛИМФОЦИТОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ У ЖИТЕЛЕЙ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИZubatkinaO. V.ЗубаткинаОльга Владимировна

доктор биологических наук, профессор, старший научный сотрудник лаборатории экологической иммунологии Института физиологии природных адаптаций

ozbiochem@gmail.comDobrodeevaL. K.ДобродееваЛилия КонстантиновнаPopovA. A.ПоповАндрей АлександровичSamodovaA. V.СамодоваАнна ВасильевнаKruglovS. D.КругловСергей ДмитриевичInstitute of Environmental Physiology of N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н. П. Лавёрова Российской академии наукNorthern State Medical UniversityФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации17082020278NO8 (2020)№8 (2020)202530082020Copyright ©; 2020, Zubatkina O.V., Dobrodeeva L.K., Popov A.A., Samodova A.V., Kruglov S.D.Copyright ©; 2020, Зубаткина О.В., Добродеева Л.К., Попов А.А., Самодова А.В., Круглов С.Д.2020Zubatkina O.V., Dobrodeeva L.K., Popov A.A., Samodova A.V., Kruglov S.D.Зубаткина О.В., Добродеева Л.К., Попов А.А., Самодова А.В., Круглов С.Д.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/43473

Metabolic pathways participating in adenosine triphosphate (ATP) synthesis play an important role in lymphocytes normal development and functioning. Energetic metabolism has an influence on differentiation, proliferation and fate of lymphocytes. The aim of the study is to define ATP availability of peripheral blood lymphocytes and the level of mitochondrial metabolism regulator sirtuin 3 (SIRT3) in healthy northerners. Methods. 106 volunteers, habitants of Arkhangelsk (76 women and 30 men, 21-63 years old) were surveyed. Amounts of immunocompetent cells with receptors (CD3, CD4, CD8, CD10, CD16, CD71, CD23, CD25, HLA DR, CD95) were determined by indirect immunoperoxidase method, ATP concentration in lymphocytes by bioluminescent method, and additionally SIRT3 (23 volunteers) by enzyme immunoassay. Two groups were selected using "k-means" cluster analysis which differed statistically significantly in all studied parameters. Results. It was found that 78 % of the surveyed participants were in the group where ATP concentration was 0,95 (0,487) mcmol/106 cells, in other group with 22 % participants it was 3,71 (1,319) mcmol/106 cells, р < 0,0001. Difference in relative amounts of particular cell phenotypes was revealed in the mentioned groups: in the group with lower ATP levels the higher was percentage of CD95+, CD23+ and HLA DR cells. In the group with higher ATP levels the higher was percentage of CD3+, CD4+, CD8+, CD71+ cells and shift of CD10/CD95 and CD4/CD23 ratios was also detected in favor of CD10+ и CD4+ cells with high levels of metabolic activity. Difference of ATP levels was omni-directional with SIRT3, regulator of mitochondrial metabolism, level with concentrations 0,15 (0,039) and 0,39 (0,198) pg/106 cells, р = 0,0097. Conclusion. Intersectionality of ATP availability and reactivity of T cells was identified. It appears to be promising to determine the level of ATP for evaluation of lymphocytes functioning.

Важную роль в процессе нормального развития и функционирования лимфоцитов играют метаболические пути, участвующие в генерации аденозинтрифосфатом (АТФ). Энергетический метаболизм влияет на дифференциацию, пролиферацию и судьбу лимфоцитов. Цель исследования - определить обеспеченность лимфоцитов периферической крови АТФ и уровень регулятора митохондриального метаболизма сиртуина 3 (SIRT3) у практически здоровых северян. Методы. Были обследованы 106 волонтеров, жителей Архангельска (76 женщин и 30 мужчин 21-63 лет). Определялись: количество иммунокомпетентных клеток с рецепторами (CD3, CD4, CD8, CD10, CD16, CD71, CD23, CD25, HLA DR, CD95) методом непрямой иммунопероксидазной реакции, содержание в лимфоцитах АТФ биолюминесцентным методом и дополнительно (у 23 человек) SIRT3 методом иммуноферментного анализа. С помощью кластерного анализа методом «К средних» были выделены две группы обследованных, которые статистически значимо различались по всем определяемым показателям. Результаты. Установлено, что 78 % обследованных оказались в группе, где содержание АТФ в лимфоцитах в среднем было 0,95 (0,487) мкмоль/106 кл, у 22 % обследованных уровень АТФ составил 3,71 (1,319) мкмоль/106 кл, р < 0,0001. Выявлено различие в относительном содержании отдельных клеточных фенотипов в этих группах: в группе с более низким значением АТФ выше был удельный вес клеток CD95+, CD23+ и HLA DR; в группе с высоким уровнем АТФ - выше удельный вес CD3+, CD4+, CD8+, CD71+ клеток и наблюдалось смещение CD10/CD95 и CD4/CD23 в сторону CD10+, CD4+ клеток с высоким уровнем метаболической активности. Различию содержания АТФ в группах соответствовало различие в уровне регулятора митохондриального метаболизма SIRT3, который имел значения 0,15 (0,039) и 0,39 (0,198) пг/106 кл, р = 0,0097. Заключение. Установлена взаимообусловленность обеспеченности АТФ и способности Т-клеток к реагированию. Представляется перспективным определение уровня АТФ для оценки функционирования лимфоцитов.

T lymphocytesadenosine triphosphatesirtuin 3metabolic pathwaysenergy homeostasisТ-лимфоцитыаденозинтрифосфатсиртуин 3метаболические путиэнергетический гомеостазAhn B. H., Kim H. S., Song S., et al. A role for the mitochondrial deacetylase Sirt3 in regulating energy homeostasis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008, 105, pp. 14447-14452.Almeida L., Lochner M., Berod L., Sparwasser T. Metabolic pathways in T cell activation and lineage differentiation. Semin. Immunol. 2016, 28, pp. 514-524.Ben-Sahra I., Manning B. D. mTORC1 signaling and the metabolic control of cell growth. Curr. Opin. Cell Biol. 2017, 45, pp. 72-82.Cantу C., Auwerx J. NAD+ as a signaling molecule modulating metabolism. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 2011, 76, pp. 291-298.Cekic C., Sag D., Day Y. J., Linden J. Extracellular adenosine regulates naive T cell development and peripheral maintenance. J. Exp. Med. 2013, 210 (12), pp. 2693-2706.Cimen H., Han M. J., Yang Y., et al. Regulation of succinate dehydrogenase activity by SIRT3 in mammalian mitochondria, Biochemistry. 2010, 49, pp. 304-31 1.Duan L., Reddi A. L., Ghosh A., Dimri M., Band H. The Cbl family and other ubiquitin ligases: destructive forces in control of antigen receptor signaling. Immunity. 2004, 21, pp. 7-17.Eric H. Ma, Poffenberger M. C., Alison H-T Wong, Jones R. G. The role of AMPK in T cell metabolism and function. Current Opinion in Immunology. 2017, 46, pp. 45-52.Gaber T., Strehl C., Sawitzki B., Hoff P., Buttgereit F. Cellular Energy Metabolism in T-Lymphocytes. International Reviews of Immunology. 2015, 34, pp. 34-49.Garcia1 D., Shaw R. J. AMPK: Mechanisms of cellular energy sensing and restoration of metabolic balance. Molecular Cell. 2017, 66 (6), pp. 789-800.Gerriets V A, Rathmell J. C. Metabolic pathways in T cell fate and function. Trends Immunol. 2012, 33 (4), pp. 168-173.Giralt A., Villarroya F. SIRT3, a pivotal actor in mitochondrial functions: metabolism, cell death and aging. Biochem. J. 2012, 444, рр. 1-10.Giralt A., Hondares E., Villena J. A., et al. Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1 alpha controls transcription of the Sirt3 gene, an essential component of the thermogenic brown adipocyte phenotype. J. Biol. Chem. 2011, 286, pp. 16958-16966.Hirschey M. D., Shimazu T., Goetzman E., et al. SIRT3 regulates mitochondrial fatty-acid oxidation by reversible enzyme deacetylation. Nature. 2010, 464, pp. 121-125.Jacobs S. R., Herman C. E., Maciver N. J., et al. Glucose uptake is limiting in T cell activation and requires CD28-mediated Akt-dependent and independent pathways. J Immunol. 2008, 180 (7), pp. 4476-4486.Jacobs S. R., Michalek R. D., Rathmell J. C. IL-7 is essential for homeostatic control of T cell metabolism in vivo. J. Immunol. 2010, 184 (7), pp. 3461-3469.Johnson M. O., Wolf M. M., Madden M. Z., et al. Distinct regulation of Th17 and Th1 cell differentiation by glutaminase-dependent metabolism. Cell. 2018, 175, pp. 1780-1795.Lin L. Hron J. D., Peng S. L. Regulation of NF-kB, Th activation, and autoinflammation by the forkhead transcription factor Foxo3a. Immunity. 2004, 21, pp. 203-213.Lochner M., Berod L., Sparwasser T. Fatty acid metabolism in the regulation of T cell function. Trends Immunol. 2015, 36 (2), pp. 81-91.Maciolek J. A., Pasternak J. A., Wilson H. L. Metabolism of activated T lymphocytes. Curr. Opin. Immunol. 2014, 27, pp. 60-74.Michalek R. D., Gerriets V. A., Jacobs S. R., et al. Cutting edge: distinct glycolytic and lipid oxidative metabolic programs are essential for effector and regulatory CD4+ T cell subsets. J Immunol. 2011, 186, pp. 3299-3303.Palmer C. S., Ostrowski M., Balderson B., Christian N., Crowe S. M. Glucose metabolism regulates T cell activation, differentiation, and functions. Front. Immunol. 2015, 6, pp. 1-6.Pereira C. V., Lebiedzinska M., Wieckowski M. R., Oliveira P. J. Regulation and protection of mitochondrial physiology by sirtuins. Mitochondrion. 2012, 12, pp. 66-76.Qiu X., Brown K., Hirschey M. D., Verdin E., Chen D. Calorie restriction reduces oxidative stress by SIRT3-mediated SOD2 activation. Cell. Metab. 2010, 12, pp. 662-667.Salmond R. J. mTOR regulation of glycolytic metabolism in T cells. Front. Cell Dev. Biol. 2018, 6, р. 122.Shi L., Zhang, T., Zhou, Y., et al. Dihydromyricetin improves skeletal muscle insulin sensitivity by inducing autophagy via the AMPK-PGC-1a-Sirt3 signaling pathway. Endocrine. 2015, 50, pp. 378-389.Tandon P, Gallo C. A., Khatri S., et al. Requirement for ribosomal protein S6 kinase 1 to mediate glycolysis and apoptosis resistance induced by Pten deficiency. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011, 108 (6), pp. 2361-2365.van der Windt G., Pearce E. L. Metabolic switching and fuel choice during T-cell differentiation and memory development. Immunol. Rev. 2012, 249 (1), pp. 27-42.Wang Z., Zhang L., Liang Y., et al. Cyclic AMP Mimics the anti-ageing effects of calorie restriction by up-regulating sirtuin. Sci. Rep. 2015, 5, p. 12012.