Клетки хряща переживают гипоксию благодаря собственному гемоглобину

Кислород необходим для выживания клеток. К большинству клеток млекопитающих кислород постоянно доставляется гемоглобином красных кровяных телец через сосудистую систему. Но в хрящевой ткани, например, сосудов нет, и к хондроцитам кислород поступает из окружающих тканей с помощью диффузии. Не до конца понятно, как хондроциты приспосабливаются к гипоксии.

В условиях ограниченного доступа к кислороду хондроциты для выработки энергии в основном полагаются на гликолиз, а не на окислительное фосфорилирование. Эти процессы контролирует сигнальный путь HIF. Делеция гена, кодирующего HIF-1a, активирует окислительное фосфорилирование в митохондрия, что приводит к острой гипоксии и массовой гибели хондроцитов. Так что поддержание определенного уровня активности факторов гипоксии необходимо для выживания клеток хряща. В новой работе исследователи из Китая показали, что в ответ на гипоксию хондроциты вырабатывают в больших количествах гемоглобин, который формирует безмембранные структуры (названные Hedy) в цитоплазме. Они необходимы для выживания хондроцитов в условиях гипоксии.

Сначала авторы рассмотрели хрящевые пластинки роста мышей и обнаружили в гипертрофированных хондроцитах структуры, содержащие эозин. Подобные структуры нашли и в других хрящевых тканях мышей, а также человека.

К своему удивлению, авторы обнаружили, что эти структуры содержат гемоглобин, главным образом бета-субъединицу (HBB), в меньшей степени — альфа-субъединицу (HBA). Они назвали эти структуры Hedy. У них нет мембраны, они формируются в результате фазовой сепарации.

Экспрессия Hbb или Hbb с Hba в различных клеточных линиях приводит к формированию цитоплазматических конденсатов. Они имеют динамическую природу и могут сливаться друг с другом. В хондроцитах также происходит переключение экспрессии с фетального глобина на взрослый.

Гипоксия индуцирует экспрессию гемоглобина. Авторы проверили, верно ли это и для хондроцитов. Как и ожидалось, экспрессия Hba и Hbb повышалась при гипоксии в первичных хондроцитах. Также активировалась транскрипция Hif1a, Epo и Epor, но не Hif2a. Делеция обеих копий Hif1a, но не Hif2a, в хондроцитах вызвала массовую гибель в центре хрящевой пластинки роста. Однако экспрессия Hba и Hbb выросла при нокауте Hif1a и (или) Hif2a. То есть, скорее всего, гипоксия вызывает экспрессию гемоглобина в хондроцитах не через Hif1/2a.

После этого авторы показали, что при гипоксии значительно возрастает транскрипция Klf1, но не Runx1 или Gata1 в первичных хондроцитах. KLF1 важен для переключения экспрессии глобинов, его делеция у мышей приводит к развитию бета-талассемии. Нокаут Klf1 при определенных условиях или его нокдаун снижали экспрессию Hba и Hbb в первичных хондроцитах. То есть KLF1 может опосредовать экспрессию Hba и Hbb в хондроцитах, вызванную гипоксией.

К E14,5 мышиные эмбрионы с делецией обеих копий Hba или Hbb были значительно меньше эмбрионов с делецией одной копии или эмбрионов дикого типа. Он погибли на E16,5–E18,5. Гетерозиготы выживали и могли иметь потомство. Делеция обеих копий гена Hbb в мезенхимальных клетках и хондроцитах также привела к гибели мышей через 1–7 дней после рождения, гетерозиготы доживали до взрослого возраста и были фертильны. Опыты подтвердили, что Hedy служат для местного хранения кислорода; они способствуют выживанию хондроцитов в условиях гипоксии.

Мутация в гене TMCO3 приводит к низкорослости у человека