DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-51211-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39174529
تاريخ النشر: 2024-08-22
المؤلف: Sara Baratchi وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات العدلات، الميالوبيروكسيداز والأكسدة
الطرق
التزم البحث بالمعايير الأخلاقية التي وضعتها RMIT ولجنة الأخلاقيات البشرية في ألفريد، مما يضمن أن جميع الإجراءات التي تشمل المشاركين البشريين تمت معالجتها بنزاهة واحترام لحقوق المشاركين. تؤكد هذه الامتثال الالتزام بممارسات البحث الأخلاقية طوال الدراسة. تعتبر التفاصيل الإضافية المتعلقة بالمنهجيات المحددة المستخدمة في البحث، بما في ذلك اختيار المشاركين، وجمع البيانات، وتقنيات التحليل، ضرورية لإمكانية التكرار والتحقق من النتائج، على الرغم من أنها ليست مفصلة في هذا القسم.
النتائج
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون تأثير إجهاد القص على مستويات الكالسيوم داخل الخلايا ([Ca²⁺]ᵢ) في العدلات، والتي تعتبر حاسمة لآليات الدفاع الخاصة بها ضد مسببات الأمراض. باستخدام صبغة حساسة للكالسيوم، Fluo-4 AM، والميكروسكوب الضوئي المجهري، تم تثبيت العدلات في قناة ميكروفلويدية وتعرضت لمستويات مختلفة من إجهاد القص تبلغ 0.2 و 2 و 10 دين/cm². أظهرت النتائج زيادة تعتمد على الجرعة في [Ca²⁺]ᵢ مع زيادة إجهاد القص (الشكل 3a-c).
شملت التحليلات الإضافية تعريض العدلات لثلاث دورات من إجهاد القص بمقدار 10 دين/cm²، متقطعة بفترات راحة ثابتة لمدة 5 دقائق. كشفت النتائج أن العدلات لم تظهر أي تحسس تجاه إجهاد القص عبر دورات متعددة (الشكل 3d، e). بالإضافة إلى ذلك، أشارت التجارب التي أزالت الكالسيوم خارج الخلية وأعاقت مضخات SERCA باستخدام الثابسيغارين إلى أن كل من تدفق الكالسيوم وإطلاق الكالسيوم من المخازن داخل الخلوية هما جزءان أساسيان في حساسية العدلات تجاه إجهاد القص (الشكل 4a). تؤكد هذه النتائج أهمية إشارات الكالسيوم في تحويل الآليات الميكانيكية للعدلات.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحثنا تأثير إجهاد القص على NETosis في العدلات، كاشفين أن إجهاد القص يحفز هذه العملية مباشرة ويعزز حساسية العدلات تجاه عوامل أخرى تحفز NET مثل LPS و ATP. باستخدام قنوات ميكروفلويدية، تعرضت العدلات لمستويات مختلفة من إجهاد القص ولاحظنا زيادة تعتمد على إجهاد القص في نسبة الخلايا التي تظهر نوى مستديرة والمساحة المغطاة بـ DNA خارج الخلية المطرد (NETs). من الجدير بالذكر أن إجهاد القص زاد أيضًا من سيتروتينات الهيستون H3، وهو علامة على NETosis، مما يشير إلى أن العدلات تستجيب للقوى الميكانيكية في بيئتها. علاوة على ذلك، وُجد أن إجهاد القص يسهل التصاق الصفائح الدموية بـ NETs، مما يشير إلى وجود رابط ميكانيكي بين NETosis الناتج عن إجهاد القص وتكوين الجلطة.
تم استكشاف الآليات الأساسية لـ NETosis الناتج عن إجهاد القص، مع تسليط الضوء على دور قناة الأيونات الحساسة للميكانيكا Piezo1، التي تتوسط تدفق الكالسيوم الضروري لـ NETosis. أدى تثبيط Piezo1 أو نشاط الكالبين إلى تقليل كبير في تكوين NET، مما يؤكد أدوارهم الحاسمة في هذه العملية. بالإضافة إلى ذلك، أظهر إعادة ترتيب الهيكل الخلوي أنه ضروري لـ NETosis، حيث أن العلاجات التي عطلت بوليمرة الأكتين قللت من مساحة NET وسيتروتين الهيستون. بشكل عام، توضح نتائجنا التفاعل المعقد بين إجهاد القص، وإشارات الكالسيوم، وديناميات الهيكل الخلوي في تنظيم NETosis في العدلات، مما يضع Piezo1 كهدف علاجي محتمل للحالات التي تتميز بتكوين NET المفرط.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-51211-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39174529
Publication Date: 2024-08-22
Author(s): Sara Baratchi et al.
Primary Topic: Neutrophil, Myeloperoxidase and Oxidative Mechanisms
Methods
The research adhered to the ethical standards set forth by the RMIT and Alfred Human Research Ethics Committee, ensuring that all procedures involving human subjects were conducted with integrity and respect for participants’ rights. This compliance underscores the commitment to ethical research practices throughout the study. Further details regarding the specific methodologies employed in the research, including participant selection, data collection, and analysis techniques, are essential for replicability and validation of the findings, although they are not detailed in this section.
Results
In this study, the authors investigated the impact of shear stress on intracellular calcium levels ([Ca²⁺]ᵢ) in neutrophils, which are crucial for their defense mechanisms against pathogens. Utilizing a calcium-sensitive dye, Fluo-4 AM, and confocal microscopy, neutrophils were immobilized in a microfluidic channel and subjected to varying shear stress levels of 0.2, 2, and 10 dyne/cm². The results demonstrated a dose-dependent increase in [Ca²⁺]ᵢ with elevated shear stress (Fig. 3a-c).
Further analysis involved exposing neutrophils to three cycles of 10 dyne/cm² shear stress, interspersed with 5 minutes of static rest. The findings revealed that neutrophils did not exhibit desensitization to shear stress across multiple cycles (Fig. 3d, e). Additionally, experiments that removed extracellular calcium and inhibited SERCA pumps with thapsigargin indicated that both calcium influx and the release of calcium from intracellular stores are integral to the neutrophils’ sensitivity to shear stress (Fig. 4a). These results underscore the importance of calcium signaling in neutrophil mechanotransduction.
Discussion
In this study, we investigated the impact of shear stress on neutrophil NETosis, revealing that shear stress directly induces this process and enhances neutrophil sensitivity to other NET-inducing agents like LPS and ATP. Utilizing microfluidic channels, we exposed neutrophils to varying shear stress levels and observed a shear-dependent increase in the percentage of cells exhibiting round nuclei and the area covered by expelled extracellular DNA (NETs). Notably, shear stress also elevated the citrullination of histone H3, a marker of NETosis, indicating that neutrophils are responsive to mechanical forces in their environment. Furthermore, shear stress was found to facilitate platelet adhesion to NETs, suggesting a mechanistic link between shear-induced NETosis and thrombus formation.
The underlying mechanisms of shear-induced NETosis were explored, highlighting the role of the mechanosensitive ion channel Piezo1, which mediates calcium influx essential for NETosis. Inhibition of Piezo1 or calpain activity significantly reduced NET formation, confirming their critical roles in this process. Additionally, cytoskeletal rearrangement was shown to be necessary for NETosis, as treatments that disrupted actin polymerization diminished NET area and histone citrullination. Overall, our findings elucidate the complex interplay between shear stress, calcium signaling, and cytoskeletal dynamics in regulating neutrophil NETosis, positioning Piezo1 as a potential therapeutic target for conditions characterized by excessive NET formation.