Матриксные металлопротеиназы в ремоделировании внеклеточного матрикса: молекулярные, клеточные и тканевые аспекты

Матриксные металлопротеиназы являются неотъемлемым компонентом органоспецифичного тканевого микроокружения, принимая непосредственное участие как в физиологических механизмах регуляции состояния интегративно-буферной метаболической среды, ремоделирования тканей, морфогенеза и иммуногенеза, так и генезе многих патологических состояний. Данным обстоятельством определяется высокий уровень актуальности для космической биомедицины вопросов регуляции активности матриксных металлопротеиназ в условиях измененной гравитации. Исследования, включенные в текущий систематический обзор, были получены из независимого поиска литературы, выполненного в базах данных PubMed и Cochrane, а также из других источников, таких как Google Scholar и Сервер технических отчетов НАСА. Разнообразные факторы стресса, связанные с космическими полетами, в частности, воздействие радиации, усиливают экспрессию трансформирующего фактора роста бета и матриксной металлопротеиназы-2. Экспериментальные данные, полученные в ходе нескольких полетов, показывают, что микрогравитация влияет на архитектонику клеток и увеличивает экспрессию матриксной металлопротеиназы-1 и интерлейкин-6. Микрогравитация снижает экспрессию коллагена I и снижает уровень фибриллярного коллагена, что отражается на механических свойствах внутриклеточного матрикса. Матриксные металлопротеиназы-1; -3; -10 показали увеличение активности в образцах полета 16-недельных самок мышей C57BL/6J в течение 15 дней во время на борту космического шаттла Discovery во время миссии STS-131 по сравнению с наземным контролем, в то время как ингибиторы матриксной металлопротеиназы - тканевые ингибиторы металлопротеиназ-1; 2, и 3, не проявили статистически значимых изменений в экспрессии генов. Были определены достоверные различия в профилях экспрессии генов в легких между группами космического полета и наземного контроля. Среди генов, экспрессия которых была повышена более чем в два раза, были CTGF, MMP-2, NACM1, SPARC, SPOCK1и TIMP-3, в то время как в списке генов с наибольшим снижением экспрессии оказались LAMA1, MMP-3, MMP-7, MMP-13, VCAM-1и SELE.

Matrix metalloproteinases are an integral component of the organ-specific tissue microenvironment, primarily participating in the regulation of the state of the integrative-buffer metabolic environment, tissue remodeling, morphogenesis and immunogenesis, and the genesis of pathological vascular diseases. Therefore, issues related to regulation of matrix metalloproteinase activity under altered gravity are a matter of high urgency for space biomedicine. The review highlights aspects of regulation of matrix metalloproteinase activity under altered gravity. The study results included in the current systematic review were searched for in independent literature sources in the PubMed and Cochrane databases, Google Scholar and the NASA Technical Reports Server. A variety of stress factors associated with space flights, in particular, exposure to radiation, enhances the expression of transforming growth factor beta and matrix metalloproteinases-2. Experimental data obtained during several flights demonstrate that microgravity affects the architecture of cells and increases the expression of matrix metalloproteinases-1 and interleukin-6. Microgravity reduces the expression of collagen I, and the level of fibrillar collagen, which affects the mechanical properties of the intracellular matrix. Matrix metalloproteinases -1, -3, -10 demonstrated an increased activity in flight samples of 16-week-old female C57BL/6J mice (n = 8) during 15 days aboard the Space Shuttle Discovery, the STS-131 mission, compared to ground control (12.94; 2.98 and 16.85 times, respectively, P<0.05), while matrix metalloproteinases inhibitors - tissue metalloproteinase inhibitors-1, -2, and -3, demonstrated no statistically significant changes in gene expression. There were determined significant differences in the gene expression profiles in the lungs of animals of the space flight and ground control groups. The genes that revealed more than doubled expression were CTGF, MMP-2, NACM1, SPARC, SPOCK1 and TIMP-3, while the genes with the greatest decrease in expression were LAMA1, MMP-3, MMP-7, MMP-13, VCAM-1, and SELE.