actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2021-6.6-2.7actabiomedica-3141Research ArticleНЕВРОЛОГИЯ И НЕЙРОХИРУРГИЯNEUROLOGY AND NEUROSURGERYАктивность генов матричных металлопротеиназ и их ингибиторов в Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешкаActivity of genes of matrix metalloproteinases and their inhibitors in the Ligamentum flavum of patients with stenosing processes in spinal canal and dural sachttps://orcid.org/0000-0002-5080-9225РодионоваЛ. В.RodionovaL. V.

 кандидат биологических наук, заведующая лабораторией клеточной патофизиологии и биохимии; доцент кафедры лучевой и клинической лабораторной диагностики

664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, Россия

664049, г. Иркутск, Юбилейный, 100, Россия

 Cand. Sc. (Biol.), Head of the Laboratory of Cell Pathophysiology and Biochemistry; Associate Professor at the Department of X-Ray and Clinical Laboratory Diagnostics

Bortsov Revolyutsii str. 1, Irkutsk 664003, Russian Federation 

Yubileyniy 100, Irkutsk 664049, Russian Federation 

greidmacho@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4482-6130СамойловаЛ. Г.SamoilovaL. G.

 младший научный сотрудник лаборатории клеточной патофизиологии и биохимии

664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, Россия

 Junior Research Officer at the Laboratory of Cell Pathophysiology and Biochemistry

Bortsov Revolyutsii str. 1, Irkutsk 664003, Russian Federation 

popovalg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9008-6383СороковиковВ. А.SorokovikovV. A.

 доктор медицинских наук, профессор, директор; заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и нейрохирургии

664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, Россия

664049, г. Иркутск, Юбилейный, 100, Россия

 Dr. Sc. (Med.), Professor, Director; Head of the Department of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery 

 Bortsov Revolyutsii str. 1, Irkutsk 664003, Russian Federation 

 Yubileyniy 100, Irkutsk 664049, Russian Federation 

vasorokovikov@mail.ruФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии»; Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования – филиал ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава РоссииIrkutsk Scientific Centre of Surgery and Traumatology; Irkutsk State Medical Academy of Postgraduate Education – Branch Campus of the Russian Medical Academy of Continuing Professional Education ФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии»Irkutsk Scientific Centre of Surgery and Traumatology20212812202166-25872Copyright © Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Сороковиков В.А., 20212021Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Сороковиков В.А.Rodionova L.V., Samoilova L.G., Sorokovikov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/3141

Получены новые данные по экспрессии генов металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов (MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-8, MMP-9, TIMP-1 и TIMP-2) в Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка на поясничном уровне. Выявлены особенности метаболизма внеклеточного матрикса (ВКМ). Полученные данные сопоставлены с ранее исследованными генами-кандидатами. Произведён поиск взаимосвязей с особенностями метаболических характеристик внеклеточного матрикса.Цель работы. Изучить экспрессию генов металлопротеиназ и их тканевых ингибиторов в интраоперационных биоптатах Ligamentum flavum пациентов со стенозами позвоночного канала и дурального мешка в поясничном отделе позвоночника.Материалы и методы. Обследована группа из 33 человек со стенозами позвоночного канала и дурального мешка, локализованными в поясничном отделе (17 женщин и 16 мужчин; средний возраст – 45,73 ± 1,95 года). Из интраоперационных биоптатов Ligamentum flavum выделяли РНК и после проведения обратной транскрипции ставили ПЦР со специфичными праймерами.Результаты. В Ligamentum flavum при стенозирующих процессах позвоночного канала и дурального мешка обнаружены повышенная активность ММР-1 и недостаточный ответ на это TIMP-1 и TIMP-2; экспрессия ММР-1 возрастала синхронно с Dio2, и оба гена снижали свою активность с увеличением возраста пациента. У пациентов с наличием оссификации Ligamentum flavum более активно экспрессировался ген ММР-8 и снижался синтез мРНК гена ММР-9 по сравнению с подгруппой без оссификации.

New data have been obtained for assessing the expression of genes of metalloproteinases and their tissue inhibitors (MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-8, MMP-9, TIMP-1 and TIMP-2) in the Ligamentum flavum in patients with lumbar stenosis of spinal canal and dural sac. The features of the metabolism of the extracellular matrix (ECM) were revealed, the data obtained were compared with those for previously studied candidate genes. The search for relationships with the features of the ECM metabolic characteristics was carried out.The aim. To study the expression of genes of metalloproteinases and their tissue inhibitors in intraoperative biopsies of the Ligamentum flavum of patients with lumbar stenosis of the spinal canal and dural sac.Materials and methods. A group of 33 people (17 women, 16 men) with lumbar stenosis of the spinal canal and dural sac was studied; the average age is 45.73 ± 1.95 years. RNA was isolated from intraoperative biopsies of the Ligamentum flavum, reverse transcription was performed, and PCR using specific primers was performed.Results. In Ligamentum flavum of patients with stenosing processes of the spinal canal and dural sac, an increased activity of MMP-1 and insufficient response of TIMP-1 and TIMP-2 were found; the expression of MMP-1 increased synchronously with Dio2, and both genes decreased their activity with increasing age of the patient. In patients with Ligamentum flavum ossification, the MMR-8 gene was more actively expressed, and the synthesis of the mRNA of the MMR-9 gene decreased compared to the subgroup without ossification.

стеноз позвоночного каналаLigamentum flavumэкспрессия геновметаллопротеиназыMMP-1MMP-2MMP-3MMP-8MMP-9TIMP-1TIMP-2тканевые ингибиторы металлопротеиназspinal canal stenosisLigamentum flavumgene expressionmetalloproteinasesMMP-1MMP-2MMP-3MMP-8MMP-9TIMP-1TIMP-2tissue inhibitors of metalloproteinasesReferencesSilagi ES, Shapiro IM, Risbud MV. Glycosaminoglycan synthesis in the nucleus pulposus: Dysregulation and the pathogenesis of disc degeneration. Matrix Biol. 2018; 71-72: 368-379. doi: 10.1016/j.matbio.2018.02.025Silagi ES, Shapiro IM, Risbud MV. Glycosaminoglycan synthesis in the nucleus pulposus: Dysregulation and the pathogenesis of disc degeneration. Matrix Biol. 2018; 71-72: 368-379. doi: 10.1016/j.matbio.2018.02.025Yu L, Sun ZJ, Tan QC, Wang S, Wang WH, Yang XQ, et al. Thermosensitive injectable decellularized nucleus pulposus hydrogel as an ideal biomaterial for nucleus pulposus regeneration. J Biomater Appl Actions. 2020; 35(2): 182-192. doi: 10.1177/0885328220921328Yu L, Sun ZJ, Tan QC, Wang S, Wang WH, Yang XQ, et al. Thermosensitive injectable decellularized nucleus pulposus hydrogel as an ideal biomaterial for nucleus pulposus regeneration. J Biomater Appl Actions. 2020; 35(2): 182-192. doi: 10.1177/0885328220921328Henry N, Clouet J, le Bideau J, le Visage C, Guicheux J. Innovative strategies for intervertebral disc regenerative medicine: From cell therapies to multiscale delivery systems. Biotechnol Adv. 2018; 36(1): 281-294. doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.11.009Henry N, Clouet J, le Bideau J, le Visage C, Guicheux J. Innovative strategies for intervertebral disc regenerative medicine: From cell therapies to multiscale delivery systems. Biotechnol Adv. 2018; 36(1): 281-294. doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.11.009Van Lint P, Libert C. Chemokine and cytokine processing by matrix metalloproteinases and its effect on leukocyte migration and inflammation. J Leukoc Biol. 2007; 82(6): 1375-1381. doi: 10.1189/jlb.0607338Van Lint P, Libert C. Chemokine and cytokine processing by matrix metalloproteinases and its effect on leukocyte migration and inflammation. J Leukoc Biol. 2007; 82(6): 1375-1381. doi: 10.1189/jlb.0607338Шурыгин М.Г., Шурыгина И.А., Дремина Н.Н., Каня О.В. Матриксная металлопротеаза 9 и ремоделирование при инфаркте миокарда. Acta biomedica scientifica. 2013; 90(2-1): 138-141.Shurygin MG, Shurygina IA, Dremina NN, Kanya OV. Matrix metalloprotease 9 and remodeling in myocardial infarction. Acta biomedica scientifica. 2013; 90(2-1): 138-141. (In Russ.).Shurygina IA, Rodionova LV, Ayushinova NI, Chepurnykh EE, Trukhan IS, Shurygin MG. The effect of the p38 MAPK inhibitor on the expression of metalloproteinases and their inhibitors during the formation of abdominal adhesions. Int J Biomed. 2021; (4).Shurygina IA, Rodionova LV, Ayushinova NI, Chepurnykh EE, Trukhan IS, Shurygin MG. The effect of the p38 MAPK inhibitor on the expression of metalloproteinases and their inhibitors during the formation of abdominal adhesions. Int J Biomed. 2021; (4).Kamieniak P, Bielewicz J, Kurzepa J, Daniluk B, Kocot J, Trojanowski T. The impact of changes in serum levels of metalloproteinase-2 and metalloproteinase-9 on pain perception in patients with disc herniation before and after surgery. J Pain Res. 2019; 12: 1457-1464. doi: 10.2147/JPR.S201199Kamieniak P, Bielewicz J, Kurzepa J, Daniluk B, Kocot J, Trojanowski T. The impact of changes in serum levels of metalloproteinase-2 and metalloproteinase-9 on pain perception in patients with disc herniation before and after surgery. J Pain Res. 2019; 12: 1457-1464. doi: 10.2147/JPR.S201199Xue M, March L, Sambrook PN, Jackson CJ. Differential regulation of matrix metalloproteinase 2 and matrix metalloproteinase 9 by activated protein C: Relevance to inflammation in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 2007; 56(9): 2864-2874. doi: 10.1002/art.22844Xue M, March L, Sambrook PN, Jackson CJ. Differential regulation of matrix metalloproteinase 2 and matrix metalloproteinase 9 by activated protein C: Relevance to inflammation in rheumatoid arthritis. Arthritis Rheum. 2007; 56(9): 2864-2874. doi: 10.1002/art.22844Ярмолинская М.И., Молотков А.С., Денисова В.М. Матриксные металлопротеиназы и ингибиторы: классификация, механизм действия. Журнал акушерства и женских болезней. 2012; LXI(1): 113-125.Yarmolinskaya MI, Molotkov AS, Denisova VM. Matrix metalloproteinases and inhibitors: classification, mechanism of action. Journal of Obstetrics and Women’s Diseases.2012; LXI(1): 113-125. (In Russ.).Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Шурыгина И.А., Скляренко О.В., Животенко А.П., Кошкарева З.В., и др. Особенности реакций ацетилирования у больных со стенозирующим процессом позвоночного канала и дурального мешка поясничного отдела позвоночника в зависимости от выраженности оссификации Ligamentum flavum. Патогенез. 2020; 18(3): 45-52. doi: 10.25557/2310-0435.2020.03.45-52Rodionova LV, Samoilova LG, Shurygina IA, Sklyarenko OV, Zhivotenko AP, Koshkareva ZV, et al. Characteristic of acetylation reactions in patients with stenosing process of the lumbar spinal canal and dural sac depending on the severity of Ligamentum flavum ossification. Pathogenesis. 2020; 18(3): 45-52. (In Russ.). doi: 10.25557/2310-0435.2020.03.45-52Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Невежина А.В., Шурыгина И.А. Экспрессия генов дейодиназ в интраоперационных образцах Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка на поясничном отделе позвоночника. Acta biomedica scientifica. 2019; 4(6): 20-25. doi: 10.29413/ABS.2019-4.6.3Rodionova LV, Samoilova LG, Nevezhina AV, Shurygina IA. Expression of deiodinase genes in intraoperative Ligamentum flavum in patients with stenotic processes of the spinal canal and dural sac on the lumbar spine. Acta biomedica scientifica. 2019; 4(6): 20-25. (In Russ.). doi: 10.29413/ABS.2019-4.6.3Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Сороковиков В.А. Активность генов рецепторов к паратиреоидному гормону в биоптатах Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка на поясничном уровне. Acta biomedica scientifica. 2020; 5(6): 113-123. doi: 10.29413/ABS.2020-5.6.13Rodionova LV, Samoilova LG, Sorokovikov VA. Activity of parathyroid hormone receptor genes in Ligamentum flavum biopsies of patients with spinal canal and dural sac stenosis at the lumbar level. Acta biomedica scientifica. 2020; 5(6): 113-123. (In Russ.). doi: 10.29413/ABS.2020-5.6.13National Center for Biotechnological Information. URL: https://https.ncbi.nlm.nih.gov [date of access: 01.11.2021].National Center for Biotechnological Information. URL: https://https.ncbi.nlm.nih.gov [date of access: 01.11.2021].Hsu HT, Yue CT, Teng MS, Tzeng IS, Li TC, Tai PA, et al. Immuohistochemical score of matrix metalloproteinase-1 may indicate the severity of symptomatic cervical and lumbar disc degeneration. Spine J. 2020; 20(1): 124-137. doi: 10.1016/j.spinee.2019.08.004Hsu HT, Yue CT, Teng MS, Tzeng IS, Li TC, Tai PA, et al. Immuohistochemical score of matrix metalloproteinase-1 may indicate the severity of symptomatic cervical and lumbar disc degeneration. Spine J. 2020; 20(1): 124-137. doi: 10.1016/j.spinee.2019.08.004Xu D, Sun Y, Bao G, Liu W, Zhu X, Cui S, et al. MMP-1 overexpression induced by IL-1β: Possible mechanism for inflammation in degenerative lumbar facet joint. J Orthop Sci. 2013; 18(6): 1012-1019. doi: 10.1007/s00776-013-0466-2Xu D, Sun Y, Bao G, Liu W, Zhu X, Cui S, et al. MMP-1 overexpression induced by IL-1β: Possible mechanism for inflammation in degenerative lumbar facet joint. J Orthop Sci. 2013; 18(6): 1012-1019. doi: 10.1007/s00776-013-0466-2Kim HJ, Park JB, Won HY, Chang H. Serum levels of TGFbeta1, TIMP-1 and TIMP-2 in patients with lumbar spinal stenosis and disc herniation. Asian Spine J. 2007; 1(1): 8-11. doi: 10.4184/asj.2007.1.1.8Kim HJ, Park JB, Won HY, Chang H. Serum levels of TGFbeta1, TIMP-1 and TIMP-2 in patients with lumbar spinal stenosis and disc herniation. Asian Spine J. 2007; 1(1): 8-11. doi: 10.4184/asj.2007.1.1.8Lindberg RL, Sorsa T, Tervahartiala T, Hoffmann F, Mellanen L, Kappos L, et al. Gelatinase B [matrix metalloproteinase (MMP)-9] and collagenases (MMP-8/-13) are upregulated in cerebrospinal fluid during aseptic and bacterial meningitis in children. Neuropathol Appl Neurobiol. 2006; 32(3): 304-317. doi: 10.1111/j.1365-2990.2006.00729.xLindberg RL, Sorsa T, Tervahartiala T, Hoffmann F, Mellanen L, Kappos L, et al. Gelatinase B [matrix metalloproteinase (MMP)-9] and collagenases (MMP-8/-13) are upregulated in cerebrospinal fluid during aseptic and bacterial meningitis in children. Neuropathol Appl Neurobiol. 2006; 32(3): 304-317. doi: 10.1111/j.1365-2990.2006.00729.xLeppert D, Leib SL, Grygar C, Miller KM, Schaad UB, Holländer GA. Matrix metalloproteinase (MMP)-8 and MMP-9 in cerebrospinal fluid during bacterial meningitis: Association with blood-brain barrier damage and neurological sequelae. Clin Infect Dis. 2000; 31(1): 80-84. doi: 10.1086/313922Leppert D, Leib SL, Grygar C, Miller KM, Schaad UB, Holländer GA. Matrix metalloproteinase (MMP)-8 and MMP-9 in cerebrospinal fluid during bacterial meningitis: Association with blood-brain barrier damage and neurological sequelae. Clin Infect Dis. 2000; 31(1): 80-84. doi: 10.1086/313922

The authors declare that there are no conflicts of interest present.