Ukr.Biochem.J. 2024; Том 96, № 1, січень-лютий, c. 37-48

doi: https://doi.org/10.15407/ubj96.01.037

Множинні ефекти ангіостатинів за пошкодження рогівки

29.02.2024   Uncategorized   No comments

В. Л. Білоус*, A. O. Тихомиров

Відділ хімії та біохімії ферментів, Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна
НАН України, Київ;
*e-mail: basil.bilous@gmail.com

Отримано: 07 жовтня 2023; Виправлено: 01 листопада 2023;
Затверджено: 01 лютого 2024; Доступно онлайн: 26 лютого 2024

Тривале запалення та надмірна неоваскуляризація рогівки, що розвиваються внаслідок гострої травми ока, можуть погіршувати оптичну прозорість рогівки і призводити до погіршення зору. Фрагменти плазміногену, відомі як ангіо­статини (AS), які пригнічують проангіогенне сигналювання. Однак ефекти АS на рогівку, окрім інгібування ангіогенезу, залишаються наразі не вивченими. У представленій роботі досліджували ефекти двох варіантів AS (K1-3 і K5) за умов лужного опіку рогівки кроликів та щурів. AS K1-3 у разовому дозуванні 0,075 або 0,75 мкг (0,1 або 1,0 мкМ), та AS K5 – 0,3 мкг (1,0 мкM) застосовували як очні краплі щоденно протягом 14 днів після пошкодження. Морфологічний тест Ефрона показав, що AS сприяють регресу новоутворених судин у рогівці тварин за лужного опіку. Вестерн-блот аналіз лізатів тканини рогівки показав, що застосування AS сприяло зменшенню рівнів протеїнів-маркерів, асоційованих із гіпоксією (HIF-1α), ангіогенезом (VEGF), ремоделюванням і фіброзом тканин (MMP-9), аутофагією (beclin-1), а також стресом ендоплазматичного ретикулума (GRP‑78), як основних ланок патологічного процесу. Крім того, AS K1-3 сприяв зростанню рівня ZO-1, протеїну щільних контактів, що свідчить про перебіг реепітелізації рогівки після хімічного ушкодження. Результати дослідження розкривають нові біологічні функції крингл-вмісних фрагментів плазміногену, що лежать в основі протекторного впливу AS під час загоєння рогівки за експериментального лужного опіку. Отримані дані можуть бути корисними для розробки нових ефективних препаратів для лікування ускладнень ушкодженої поверхні ока.

Ключові слова: , , , , , , , ,

Посилання:

  1. He Y, Ma BS, Zeng JH, Ma DJ. Corneal optical density: Structural basis, measurements, influencing factors, and roles in refractive surgery. Front Bioeng Biotechnol. 2023;11:1144455. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Barrientez B, Nicholas SE, Whelchel A, Sharif R, Hjortdal J, Karamichos D. Corneal injury: Clinical and molecular aspects. Exp Eye Res. 2019;186:107709. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Sharif Z, Sharif W. Corneal neovascularization: updates on pathophysiology, investigations & management. Rom J Ophthalmol. 2019;63(1):15-22. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Peral A, Mateo J, Domínguez-Godínez CO, Carracedo G, Gómez JA, Crooke A, Pintor J. Therapeutic potential of topical administration of siRNAs against HIF-1α for corneal neovascularization. Exp Eye Res. 2022;219:109036. PubMed, CrossRef
  5. Caban M, Owczarek K, Lewandowska U. The Role of Metalloproteinases and Their Tissue Inhibitors on Ocular Diseases: Focusing on Potential Mechanisms. Int J Mol Sci. 2022;23(8):4256. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. Guindolet D, Woodward AM, Gabison EE, Argüeso P. Alleviation of Endoplasmic Reticulum Stress Enhances Human Corneal Epithelial Cell Viability under Hyperosmotic Conditions. Int J Mol Sci. 2022;23(9):4528. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Frost LS, Mitchell CH, Boesze-Battaglia K. Autophagy in the eye: implications for ocular cell health. Exp Eye Res. 2014;124:56-66. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Lee J, Jung E, Heur M. Injury induces endothelial to mesenchymal transition in the mouse corneal endothelium in vivo via FGF2. Mol Vis. 2019;25:22-34. PubMed, PubMedCentral
  9. Castro-Muñozledo F, Meza-Aguilar DG, Domínguez-Castillo R, Hernández-Zequinely V, Sánchez-Guzmán E. Vimentin as a Marker of Early Differentiating, Highly Motile Corneal Epithelial Cells. J Cell Physiol. 2017;232(4):818-830. PubMed, CrossRef
  10. Wongvisavavit R, Parekh M, Ahmad S, Daniels JT. Challenges in corneal endothelial cell culture. Regen Med. 2021;16(9):871-891. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Vaidyanathan U, Hopping GC, Liu HY, Somani AN, Ronquillo YC, Hoopes PC, Moshirfar M. Persistent Corneal Epithelial Defects: A Review Article. Med Hypothesis Discov Innov Ophthalmol. 2019;8(3):163-176. PubMed, PubMedCentral
  12. Bilous VL, Kapustianenko LG, Tykhomyrov AA. Production and application of angiostatins for the treatment of ocular neovascular diseases. Biotechnol Acta. 2021;14(1): 5-24. CrossRef
  13. Wahl ML, Kenan DJ, Gonzalez-Gronow M, Pizzo SV. Angiostatin’s molecular mechanism: aspects of specificity and regulation elucidated. J Cell Biochem. 2005;96(2):242-261. PubMed, CrossRef
  14. O’Reilly MS, Holmgren L, Shing Y, Chen C, Rosenthal RA, Moses M, Lane WS, Cao Y, Sage EH, Folkman J. Angiostatin: a novel angiogenesis inhibitor that mediates the suppression of metastases by a Lewis lung carcinoma. Cell. 1994;79(2):315-328. PubMed, CrossRef
  15. Hiramoto K, Yamate Y. Tranexamic acid reduces endometrial cancer effects through the production of angiostatin. J Cancer. 2022;13(5):1603-1610. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  16. Mok CC, Soliman S, Ho LY, Mohamed FA, Mohamed FI, Mohan C. Urinary angiostatin, CXCL4 and VCAM-1 as biomarkers of lupus nephritis. Arthritis Res Ther. 2018;20(1):6. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  17. Guzyk MM, Tykhomyrov AA, Nedzvetsky VS, Prischepa IV, Grinenko TV, Yanitska LV, Kuchmerovska TM. Poly(ADP-Ribose) Polymerase-1 (PARP-1) Inhibitors Reduce Reactive Gliosis and Improve Angiostatin Levels in Retina of Diabetic Rats. Neurochem Res. 2016;41(10):2526-2537. PubMed, CrossRef
  18. Chang PC, Wu HL, Lin HC, Wang KC, Shi GY. Human plasminogen kringle 1-5 reduces atherosclerosis and neointima formation in mice by suppressing the inflammatory signaling pathway. J Thromb Haemost. 2010;8(1):194-201. PubMed, CrossRef
  19. Chavakis T, Athanasopoulos A, Rhee JS, Orlova V, Schmidt-Wöll T, Bierhaus A, May AE, Celik I, Nawroth PP, Preissner KT. Angiostatin is a novel anti-inflammatory factor by inhibiting leukocyte recruitment. Blood. 2005;105(3):1036-1043. PubMed, CrossRef
  20. Coppini LP, Visniauskas B, Costa EF, Filho MN, Rodrigues EB, Chagas JR, Farah ME, Barros NM, Carmona AK. Corneal angiogenesis modulation by cysteine cathepsins: In vitro and in vivo studies. Exp Eye Res. 2015;134:39-46. PubMed, CrossRef
  21. Feizi S, Azari AA, Safapour S. Therapeutic approaches for corneal neovascularization. Eye Vis (Lond). 2017;4:28. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Ambati BK, Joussen AM, Ambati J, Moromizato Y, Guha C, Javaherian K, Gillies S, O’Reilly MS, Adamis AP. Angiostatin inhibits and regresses corneal neovascularization. Arch Ophthalmol. 2002;120(8):1063-1068. PubMed, CrossRef
  23. Gabison E, Chang JH, Hernández-Quintela E, Javier J, Lu PC, Ye H, Kure T, Kato T, Azar DT. Anti-angiogenic role of angiostatin during corneal wound healing. Exp Eye Res. 2004;78(3):579-589. PubMed, CrossRef
  24. Villabona-Martinez V, Sampaio LP, Shiju TM, Wilson SE. Standardization of corneal alkali burn methodology in rabbits. Exp Eye Res. 2023;230:109443. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Deutsch DG, Mertz ET. Plasminogen: purification from human plasma by affinity chromatography. Science. 1970;170(3962):1095-1096. PubMed, CrossRef
  26. Tykhomyrov AA, Yusova EI, Diordieva SI, Corsa VV, Grinenko TV. Production and characteristics of antibodies against K1-3 fragment of human plasminogen. Biotechnol Acta. 2013;6(1):86-96. CrossRef
  27. Kapustianenko LG. Polyclonal antibodies against human plasminogen kringle 5. Biotechnol Acta. 2017;10(3):41-49. CrossRef
  28. Lantyer-Araujo NL, Lacerda AJ, Mendonça MA, da Silva APSM, Dórea Neto FA, Portela RD, Oriá AP. Rabbit as an Animal Model for Ocular Surface Disease, Tear Osmolarity, Electrolyte, and Tear Ferning Profiles. Optom Vis Sci. 2020;97(10):847-851. PubMed, CrossRef
  29. Gronkiewicz KM, Giuliano EA, Kuroki K, Bunyak F, Sharma A, Teixeira LB, Hamm CW, Mohan RR. Development of a novel in vivo corneal fibrosis model in the dog. Exp Eye Res. 2016;143:75-88. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  30. Downie LE, Keller PR, Vingrys AJ. Assessing ocular bulbar redness: a comparison of methods. Ophthalmic Physiol Opt. 2016;36(2):132-139.
    PubMed, CrossRef
  31. Goldring JPD. Measuring Protein Concentration with Absorbance, Lowry, Bradford Coomassie Blue, or the Smith Bicinchoninic Acid Assay Before Electrophoresis. Methods Mol Biol. 2019;1855:31-39. PubMed, CrossRef
  32. Sprogyte L, Park M, Di Girolamo N. Pathogenesis of Alkali Injury-Induced Limbal Stem Cell Deficiency: A Literature Survey of Animal Models. Cells. 2023;12(9):1294. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  33. Keragala CB, Medcalf RL. Plasminogen: an enigmatic zymogen. Blood. 2021;137(21):2881-2889. PubMed, CrossRef
  34. Geiger JH, Cnudde SE. What the structure of angiostatin may tell us about its mechanism of action. J Thromb Haemost. 2004;2(1):23-34. PubMed, CrossRef
  35. Zhang SX, Sima J, Shao C, Fant J, Chen Y, Rohrer B, Gao G, Ma JX. Plasminogen kringle 5 reduces vascular leakage in the retina in rat models of oxygen-induced retinopathy and diabetes. Diabetologia. 2004;47(1):124-131. PubMed, CrossRef
  36. Sack RA, Beaton AR, Sathe S. Diurnal variations in angiostatin in human tear fluid: a possible role in prevention of corneal neovascularization. Curr Eye Res. 1999;18(3):186-193. PubMed, CrossRef
  37. Gavrylyak I, Greben N, Bilous V, Korsa V, Zhaboiedov D, Ağca C, Tykhomyrov A. The levels of hypoxia- and angiogenesis-related regulators and matrix metalloproteinase 9 activity in tear fluid of patients with non-penetrating ocular traumas. Med Perspekt. 2022;27(4):168-176. CrossRef
  38. Perri SR, Annabi B, Galipeau J. Angiostatin inhibits monocyte/macrophage migration via disruption of actin cytoskeleton. FASEB J. 2007;21(14):3928-3936. PubMed, CrossRef
  39. Hadrian K, Willenborg S, Bock F, Cursiefen C, Eming SA, Hos D. Macrophage-Mediated Tissue Vascularization: Similarities and Differences Between Cornea and Skin. Front Immunol. 2021;12:667830. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  40. Di Zazzo A, Gaudenzi D, Yin J, Coassin M, Fernandes M, Dana R, Bonini S. Corneal angiogenic privilege and its failure. Exp Eye Res. 2021;204:108457. PubMed, CrossRef
  41. Ramakrishnan S, Anand V, Roy S. Vascular endothelial growth factor signaling in hypoxia and inflammation. J Neuroimmune Pharmacol. 2014;9(2):142-160. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  42. Di Zazzo A, Lee SM, Sung J, Niutta M, Coassin M, Mashaghi A, Inomata T. Variable responses to corneal grafts: insights from immunology and systems biology. J Clin Med. 2020;9(2):586. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  43. Droho S, Thomson BR, Makinde HM, Cuda CM, Perlman H, Lavine JA. Ocular macrophage origin and heterogeneity during steady state and experimental choroidal neovascularization. J Neuroinflammation. 2020;17(1):341. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  44. Fu YC, Xin ZM. Inhibited corneal neovascularization in rabbits following corneal alkali burn by double-target interference for VEGF and HIF-1α. Biosci Rep. 2019;39(1):BSR20180552. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  45. Park GW, Heo J, Kang JY, Yang JW, Kim JS, Kwon KD, Yu BC, Lee SJ. Topical cell-free conditioned media harvested from adipose tissue-derived stem cells promote recovery from corneal epithelial defects caused by chemical burns. Sci Rep. 2020;10(1):12448. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  46. Yanai R, Ko JA, Nomi N, Morishige N, Chikama T, Hattori A, Hozumi K, Nomizu M, Nishida T. Upregulation of ZO-1 in cultured human corneal epithelial cells by a peptide (PHSRN) corresponding to the second cell-binding site of fibronectin. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2009;50(6):2757-2764. PubMed, CrossRef
  47. Das SK, Gupta I, Cho YK, Zhang X, Uehara H, Muddana SK, Bernhisel AA, Archer B, Ambati BK. Vimentin knockdown decreases corneal opacity. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2014;55(7):4030-4040. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  48. Kempuraj D, Mohan RR. Autophagy in Extracellular Matrix and Wound Healing Modulation in the Cornea. Biomedicines. 2022;10(2):339. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  49. Ayilam Ramachandran R, Sanches JM, Robertson DM. The roles of autophagy and mitophagy in corneal pathology: current knowledge and future perspectives. Front Med (Lausanne). 2023;10:1064938. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  50. Tran S, Fairlie WD, Lee EF. BECLIN1: Protein structure, function and regulation. Cells. 2021;10(6):1522. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  51. Chen X, Shi C, He M, Xiong S, Xia X. Endoplasmic reticulum stress: molecular mechanism and therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2023;8(1):352. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  52. Mohlin C, Taylor L, Ghosh F, Johansson K. Autophagy and ER-stress contribute to photoreceptor degeneration in cultured adult porcine retina. Brain Res. 2014;1585:167-183. PubMed, CrossRef
  53. Chen C, Zhang B, Xue J, Li Z, Dou S, Chen H, Wang Q, Qu M, Wang H, Zhang Y, Wan L, Zhou Q, Xie L. Pathogenic role of endoplasmic reticulum stress in diabetic corneal endothelial dysfunction. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2022;63(3):4. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  54. Liu Z, Liu G, Ha DP, Wang J, Xiong M, Lee AS. ER chaperone GRP78/BiP translocates to the nucleus under stress and acts as a transcriptional regulator. Proc Natl Acad Sci USA. 2023;120(31):e2303448120. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  55. Chipurupalli S, Samavedam U, Robinson N. Crosstalk between ER stress, autophagy and inflammation. Front Med (Lausanne). 2021;8:758311. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  56. Bachmann B, Taylor RS, Cursiefen C. Corneal neovascularization as a risk factor for graft failure and rejection after keratoplasty: an evidence-based meta-analysis. Ophthalmology. 2010;117(7):1300-1305.e7. PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.