In situ and in silico modeling of the hematopoiesis-inducing effect of chelidonic acid

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The current trend in regenerative medicine, in the context of an aging population, is the search for new ways and means to optimize tissue bioengineering. One of the convenient models for in situ studying bone marrow regeneration is the subcutaneous ectopic osteogenesis test on scaffolds that imitate the architecture of bone tissue. Chelidonic acid (CA), a small molecule, is capable of participating in various cellular processes and metabolic pathways, and it can activate the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. However, the molecular mechanisms behind the regulatory effects of CA remain unknown. The aim of this study was to investigate the modulatory effect of CA on the in situ formation of hematopoietic foci, as well as to predict target genes and intracellular signalling pathways involved in the hematopoietic activity of CA. An aqueous solution of CA, isolated from an extract of the Saussurea controversa plant. Course (daily for 35 days) oral administration of CA. Ectopic osteogenesis testing in Balb/c mice. Morphometric analysis of histological sections after 45 days and in silico modelling of gene expression with statistical analysis. CA, when administered orally in a low dose (10 mg/kg), threefold increases the normalized area of bone marrow in the composition of bone tissue plates grown in situ in a test of ectopic subcutaneous osteogenesis in mice. This effect is associated essentially (a probability of CA activity Pa > 0.5 and a probability of inactivity Pi < 0.5) with enhanced expression of 358 hematopoiesis-related genes, as predicted by in silico analysis. The top list with the highest Pa value included 10 target genes, such as GATA1, CITED2, SFRP1, EP300, LGALS9, VNN1, IL10RB, RARA, CD83, and HMOX1. CA has a significant ability to enhance the reparative remodelling of hematopoietic tissue in situ. The next phase of research will be to test actual target genes and signalling pathways that mediate the regulatory effect of HC on hematopoiesis both in vitro and in vivo, as well as in clinical settings.

About the authors

T. F. Nasibov

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

Laboratory Assistant, Laboratory of Cellular and Microfluidic Technologies

Russian Federation, Tomsk

A. V. Gorokhova

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

Laboratory Assistant, Laboratory of Cellular and Microfluidic Technologies

Russian Federation, Tomsk

E. D. Porokhova

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

Assistant Professor, Department of Morphology and General Pathology

Russian Federation, Tomsk

A. A. Starosvetskaya

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

Student of the Faculty of Medicine and Biology

Russian Federation, Tomsk

U. A. Bariev

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

Student of the Faculty of Medicine

Russian Federation, Tomsk

V. E. Nosov

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

Laboratory Assistant, Department of Normal Physiology

Russian Federation, Tomsk

L. S. Litvinova

Immanuel Kant Baltic Federal University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

PhD, MD (Medicine), Director, Center for Immunology and Cellular Biotechnologies

Russian Federation, Kaliningrad

E. Yu. Avdeeva

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

PhD, MD (Pharmaceutical), Research Associate, Laboratory of Cellular and Microfluidic Technologies

Russian Federation, Tomsk

Mikhail V. Belousov

Siberian State Medical University

Email: khlusov.ia@ssmu.ru

PhD, MD (Pharmaceutical), Leading Research Associate, Laboratory of Cellular and Microfluidic Technologies

Russian Federation, Tomsk

I. A. Khlusov

Siberian State Medical University

Author for correspondence.
Email: khlusov.ia@ssmu.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Chief, Laboratory of Cellular and Microfluidic Technologies

Russian Federation, Tomsk

References

  1. Мирошниченко Л.А., Полякова Т.Ю., Авдеева Е.Ю., Кривощеков С.В., Хлусов И.А., Белоусов М.В. Хелидоновая кислота и ее дериваты: общий спектр биологической активности и остеогенные свойства // Разработка и регистрация лекарственных средств, 2022, Т. 11, № 4, С. 60-71. [Miroshnichenko L.A., Polyakova T.U., Avdeeva E.Yu., Krivoshchekov S.V., Khlusov I.A., Belousov M.V. Chelidonic acid and its derivatives: general spectrum of biological activity and osteogenic properties. Razrabotka i registraciya lekarstvennyh sredstv = Development and Registration of Medicines, 2022, Vol. 11, no. 4, pp. 60-71. (In Russ.)]
  2. Avdeeva E., Porokhova E., Khlusov I., Rybalova T., Shults E., Litvinova L., Shupletsova V., Khaziakhmatova O., Sukhodolo I., Belousov M. Calcium chelidonate: semi-synthesis, crystallography, and osteoinductive activity in vitro and in vivo. Pharmaceuticals (Basel), 2021, Vol. 14, no. 6, 579. doi: 10.3390/ph14060579.
  3. Avdeeva E., Shults E., Rybalova T., Reshetov Y., Porokhova E., Sukhodolo I., Litvinova L., Shupletsova V., Khaziakhmatova O., Khlusov I., Guryev A., Belousov M. Chelidonic acid and its derivatives from saussurea controversa: isolation, structural elucidation and influence on the osteogenic differentiation of multipotent mesenchymal stromal cells in vitro. Biomolecules, 2019, Vol. 9, no. 5, 189. doi: 10.3390/biom9050189.
  4. Brunner-Munzel Test // CRAN. Access mode: https://search.rproject.org/CRAN/refmans/brunnermunzel/html/00Index.html (Accessed 22 February 2024).
  5. Chan C.K., Chen C.C., Luppen C.A., Kim J.B., DeBoer A.T., Wei K., Helms J.A., Kuo C.J., Kraft D.L., Weissman I.L. Endochondral ossification is required for haematopoietic stem-cell niche formation. Nature, 2009, Vol. 457, no. 7228, pp. 490-494.
  6. Filimonov D.A., Lagunin A.A., Gloriozova T.A., Rudik A.V., Druzhilovskii D.S., Pogodin P.V., Poroikov V.V. Prediction of the biological activity spectra of organic compounds using the PASS online web resource. Chem. Heterocycl. Compd., 2014, Vol. 50, no. 3, pp. 444-457.
  7. Korkmaz S., Göksülük D., Zararsiz G. MVN: An R package for assessing multivariate normality. R Journal, 2014, Vol. 6, no. 2, pp. 151-162.
  8. Lagunin A., Ivanov S., Rudik A., Filimonov D., Poroikov V. DIGEP-Pred: web service for in silico prediction of drug-induced gene expression profiles based on structural formula. Bioinformatics, 2013, Vol. 29, no. 16, pp. 2062-2063.
  9. Scott M.A., Levi B., Askarinam A., Nguyen A., Rackohn T., Ting K., Soo C. James A.W. Brief review of models of ectopic bone formation. Stem Cells Dev., 2012, Vol. 21, no. 5, pp. 655-667.
  10. Slenter D.N., Kutmon M., Hanspers K., Riutta A., Windsor J., Nunes N., Mélius J., Cirillo E., Coort S.L., Digles D., Ehrhart F., Giesbertz P., Kalafati M., Martens M., Miller R., Nishida K., Rieswijk L., Waagmeester A., Eijssen L.M.T., Evelo C.T., Willighagen E.L. WikiPathways: a multifaceted pathway database bridging metabolomics to other omics research. Nucleic Acids Res., 2018, Vol. 46, no. D1, pp. D661-D667.
  11. Wu T., Hu E., Xu S., Chen M., Guo P., Dai Z., Feng T., Zhou L., Tang W., Zhan L., Fu X., Liu S., Bo X., Yu G. clusterProfiler 4.0: A universal enrichment tool for interpreting omics data. Innovation (Camb), 2021, Vol. 2, no. 3, 100141. doi: 10.1016/j.xinn.2021.100141.
  12. Yu G., Wang L.G., Yan G.R., He Q.Y. DOSE: an R/Bioconductor package for disease ontology semantic and enrichment analysis. Bioinformatics, 2015, Vol. 31, no. 4, pp. 608-609.
  13. Yurova K.A., Khaziakhmatova O.G., Melashchenko E.S., Malashchenko V.V., Shunkin E.O., Shupletsova V.V., Ivanov P.A., Khlusov I.A., Litvinova L.S. Cellular and molecular basis of osteoblastic and vascular niches in the processes of hematopoiesis and bone remodeling (a short review of modern views). Curr. Pharm. Des., 2019, Vol. 25, no. 6, pp. 663-669.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Section of ectopic bone with formed bone marrow inside (A, Control; B, CA_ig)

Download (478KB)
3. Figure 2. Graph comparing the normalized bone marrow areas in the study groups

Download (182KB)

Copyright (c) 2024 Nasibov T.F., Gorokhova A.V., Porokhova E.D., Starosvetskaya A.A., Bariev U.A., Nosov V.E., Litvinova L.S., Avdeeva E.Y., Белоусов M.V., Khlusov I.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».