Матриклеточный белок CCN1 способствует упорядочению коллагеновых волокон и укреплению рубца после инфаркта миокарда

Введение: Белки семейства клеточной коммуникации CCN, в том числе CCN1, давно связывают с регуляцией процессов, лежащих в основе заживления ран, фиброгенеза и обмена коллагена. Хотя многие исследования указывают на антифибротическое действие CCN1 в сердце взрослых за счёт ускорения старения миофибробластов, в них преимущественно использовали экзогенное введение белка в моделях повреждения сердца in vivo, где его экспрессия и без того повышена. Это могло затруднить интерпретацию его роли. Цель исследования — изучить влияние эндогенного CCN1 на функцию фибробластов, структурную организацию коллагена и развитие фиброза сердца после инфаркта миокарда (ИМ).

Методы и результаты: Роль эндогенного CCN1 в профибротической сигнализации сердечных фибробластов и формировании раннего рубца после ИМ оценивали с помощью методов подавления функции белка: в культуре клеток — посредством малых интерферирующих РНК, а in vivo — на мышах с нокаутом гена в фибробластах. Подавление CCN1 в культуре снижало старение и пролиферацию сердечных фибробластов. Экспрессия ферментов, участвующих в процессинге и стабилизации коллагена (P4HA1, PLOD1 и PLOD2), снижалась, однако превращение клеток в миофибробласты и синтез коллагена I типа не подавлялись. Само по себе удаление CCN1 только в фибробластах не ухудшало функцию желудочков и не изменяло содержание коллагена в миокарде, но приводило к дезорганизации коллагеновых фибрилл и повышению податливости матрикса. У животных с нокаутом Ccn1 через неделю после постоянной перевязки коронарной артерии заметных изменений структуры или функции сердца не выявили, однако частота летальных исходов и разрывов сердца существенно возросла. Как и в опытах in vitro, в которых подавление CCN1 не снижало превращение клеток в миофибробласты или синтез коллагена I типа, у мышей с нокаутом Ccn1 не было значимых отличий от контрольных животных по ширине или массе коллагенового рубца. Однако подробный структурный анализ рубцовой ткани с помощью генерации второй гармоники (SHG) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM) выявил выраженные изменения макро- и микроархитектуры коллагена. В частности, в рубцовых участках после ИМ у мышей с нокаутом Ccn1 повышалась структурная сложность внеклеточного матрикса: локальная ориентация коллагеновых волокон была менее упорядоченной, их извилистость возрастала, а упорядоченность, плотность упаковки и размер фибрилл уменьшались. Эти изменения сопровождались ослаблением взаимодействия фибробластов с матриксом: in vivo уменьшалась деформация ядер и клеток фибробластов, а in vitro — образование фокальных адгезий. Это позволяет предположить, что CCN1 способствует упорядочению коллагена фибробластами, по крайней мере отчасти усиливая взаимодействие клеток с матриксом.

Выводы: Эндогенный CCN1 играет ключевую роль в формировании рубца после ИМ, направляя укладку коллагена во внеклеточном матриксе созревающего рубца и тем самым формируя механические свойства, необходимые для его структурной стабильности. Это указывает на адаптивную роль CCN1 в регуляции структурных характеристик коллагена, поддерживающих целостность рубца после ИМ. Однако длительная экспрессия CCN1 может иметь неблагоприятные последствия: в неповреждённых участках она потенциально способна снижать структурную сложность и податливость коллагена.