Russian Journal of ImmunologyRussian Journal of ImmunologyРоссийский иммунологический журнал1028-72212782-7291Russian Society of Immunology1658910.46235/1028-7221-16589-FOMSHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationFeatures of mitochondrial state in CD4+Т lymphocyte subsetsОсобенности состояния митохондрий CD4+Т-лимфоцитов различных субпопуляцийKorolevskayaL. B.КоролевскаяЛ. Б.
Russian Federation

PhD (Medicine), Research Associate, Laboratory of Ecological Immunology

к.м.н., научный сотрудник лаборатории экологической иммунологии

bioqueen@mail.ruShmagelK. V.ШмагельК. В.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Head, Laboratory of Ecological Immunology

д.м.н., заведующий лабораторией экологической иммунологии

bioqueen@mail.ruInstitute of Ecology and Genetic of Microorganisms, Perm Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of SciencesИнститут экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук – филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»18032024120820242722072121103202417032024Copyright ©; 2024, Korolevskaya L.B., Shmagel K.V.Copyright ©; 2024, Королевская Л.Б., Шмагель К.В.2024Korolevskaya L.B., Shmagel K.V.Королевская Л.Б., Шмагель К.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://rusimmun.ru/jour/article/view/16589

Peripheral blood CD4+T lymphocytes are heterogenous, including naive, central memory, effector memory, and terminally differentiated effector cells. Each subset performs different functions and possesses unique metabolic properties. Mitochondria are vital organelles of CD4+T lymphocytes, playing critical roles in metabolism, energy and active oxygen species production, cellular respiration, proliferation, differentiation, and apoptosis. The use of mitochondrial-selective fluorescent dyes in combination with labeled monoclonal antibodies is a relatively accessible and simple way to study a range of mitochondrial parameters in CD4+T cells of varying maturity by flow cytometry. The aim of this study was to investigate mitochondrial indices in different CD4+T lymphocyte subsets. We obtained mononuclear cells from peripheral blood of nine relatively healthy volunteers. By flow cytometry using commercial fluorescent dyes MitoTracker Green FM and MitoTracker Deep Red FM, we determined the mass and membrane potential of mitochondria in the total pool of CD4+T lymphocytes and in their subsets: naive (CD45R0-CCR7+), central memory (CD45R0+CCR7+), effector memory (CD45R0+CCR7-), and terminally differentiated effectors (CD45R0-CCR7-). We show that in healthy individuals, central and effector memory CD4+T lymphocytes compared to naive cells have increased mitochondrial mass and membrane potential. The mass of organelles in functionally different memory CD4+T cell subsets vary significantly: it is lower in central memory lymphocytes than in effector memory cells. Nevertheless, two subsets have similar mitochondrial membrane potential. Terminally differentiated effectors differ from other CD4+T lymphocyte subsets in unique characteristics of mitochondria: despite high mass, they have a reduced membrane potential. This feature may be linked to cells being prepared for programmed cell death during the terminal differentiation stage.

Пул циркулирующих в периферической крови CD4+Т-лимфоцитов неоднороден и включает в себя наивные элементы, клетки центральной и эффекторной памяти, терминально-дифференцированные эффекторы. Каждая из субпопуляций выполняет различные функции и обладает уникальными метаболическими свойствами. Митохондрии являются жизненно важными органеллами CD4+Т-лимфоцитов, которые связаны с метаболизмом, производством энергии, продукцией активных форм кислорода, клеточным дыханием, пролифераций, дифференцировкой и апоптозом. Использование митохондриально-селективных флуоресцентных красителей совместно с мечеными моноклональными антителами является относительно доступным и простым способом оценки ряда параметров митохондрий в CD4+Т-клетках различной степени зрелости методом проточной цитометрии. Целью данной работы было исследование показателей состояния митохондрий в различных субпопуляциях CD4+Т-лимфоцитов. Объектом исследования служили мононуклеарные клетки, полученные из периферической крови девяти относительно здоровых добровольцев. Методом проточной цитометрии с использованием коммерческих флуоресцентных красителей MitoTracker Green FM и MitoTracker Deep Red FM были определены, соответственно, масса и заряд мембраны митохондрий в общем пуле CD4+Т-лимфоцитов и в субпопуляциях клеток: наивных (CD45R0-CCR7+), центральной памяти (CD45R0+CCR7+), эффекторной памяти (CD45R0+CCR7-) и терминально-дифференцированных эффекторах (CD45R0-CCR7-). Показано, что у здоровых лиц CD4+Т-лимфоциты центральной и эффекторной памяти по сравнению с наивными клетками обладают более высокой массой и величиной мембранного потенциала митохондрий. Масса органелл в функционально различных субпопуляциях CD4+Т-клеток памяти существенно отличается: снижена в лимфоцитах центральной памяти относительно таковой в клетках эффекторной памяти. При этом обе субпопуляции клеток памяти не различаются между собой величиной заряда мембраны митохондрий. Терминально-дифференцированные эффекторы отличаются от остальных субпопуляций CD4+Т-лимфоцитов уникальными характеристиками митохондрий: при высокой массе обладают сниженным зарядом мембраны. Данная особенность может быть связана с «готовностью» клеток, находящихся на терминальной стадии дифференцировки, к программируемой гибели.

mitochondrial massmitochondrial membrane potentialCD4+T-lymphocytesnaïve cellsmemory cellsterminally differentiated effector cellsflow cytometryмасса митохондриймембранный потенциал митохондрийCD4+Т-лимфоцитынаивные клеткиклетки памятитерминально-дифференцированные элементыпроточная цитометрияПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian Federation124020500027-7Королевская Л.Б., Сайдакова Е.В., Шмагель Н.Г., Шмагель К.В. Оценка состояния митохондрий CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов здоровых лиц // Цитология, 2022. Т. 64, № 3. C. 232-239. [Korolevskaya L.B., Saidakova E.V., Shmagel N.G., Shmagel K.V. Assessment of Mitochondrial Condition in CD4+ and CD8+ T Cells from Healthy Subjects. Tsitologiya = Cytology, 2022, Vol. 64, no. 31, pp. 2325-2239. (In Russ.)]Breda C.N.S., Davanzo G.G., Basso P.J., Saraiva Câmara N.O., Moraes-Vieira P.M.M. Mitochondria as central hub of the immune system. Redox Biol, 2019, Vol. 26, e101255. doi: 10.1016/j.redox.2019.101255.Caldwell C.C., Kojima H., Lukashev D., Armstrong J., Farber M., Apasov S.G., Sitkovsky M.V. Differential effects of physiologically relevant hypoxic conditions on T lymphocyte development and effector functions. J. Immunol., 2001, Vol. 167, no. 11, pp. 6140-6149.Callender L.A., Carroll E.C., Bober E.A., Akbar A.N., Solito E., Henson S.M. Mitochondrial mass governs the extent of human T cell senescence. Aging Cell, 2020, Vol. 19, no. 2, e13067. doi: 10.1111/acel.13067Cottet-Rousselle C., Ronot X., Leverve X., Mayol J.F. Cytometric assessment of mitochondria using fluorescent probes. Cytometry A, 2011, Vol. 79, no. 6, pp. 405-425.Di Mitri D., Azevedo R.I., Henson S.M., Libri V., Riddell N.E., Macaulay R., Kipling D., Soares M.V., Battistini L., Akbar A.N. Reversible senescence in human CD4+CD45RA+CD27- memory T cells. J. Immunol., 2011, Vol. 187, no. 5, pp. 2093-2100.Dimeloe S., Frick C., Fischer M., Gubser P.M., Razik L., Bantug G.R., Ravon M., Langenkamp A., Hess C. Human regulatory T cells lack the cyclophosphamide-extruding transporter ABCB1 and are more susceptible to cyclophosphamide-induced apoptosis. Eur. J. Immunol., 2014, Vol. 44, no. 12, pp. 3614-3620.Dimeloe S., Mehling M., Frick C., Loeliger J., Bantug G.R., Sauder U., Fischer M., Belle R., Develioglu L., Tay S., Langenkamp A., Hess C. The immune-metabolic basis of effector memory CD4+ T cell function under hypoxic conditions. J. Immunol., 2016, Vol. 196, no. 1, pp. 106-114.Gottlieb E., Armour S.M., Harris M.H., Thompson C.B. Mitochondrial membrane potential regulates matrix configuration and cytochrome c release during apoptosis. Cell Death Differ., 2003, Vol. 10, no. 6, pp. 709-717.Jameson S.C., Masopust D. Understanding subset diversity in T cell memory. Immunity, 2018, Vol. 48, no. 2, pp. 214-226.Sallusto F., Lenig D., Förster R., Lipp M., Lanzavecchia A. Two subsets of memory T lymphocytes with distinct homing potentials and effector functions. Nature, 1999, Vol. 401, no. 6754, pp. 708-712.Solaini G., Sgarbi G., Lenaz G., Baracca A. Evaluating mitochondrial membrane potential in cells. Biosci. Rep., 2007, Vol. 27, no. 1-3, pp. 11-21.Shmagel K.V., Saidakova E.V., Korolevskaya L.B., Shmagel N.G., Chereshnev V.A., Anthony D.D., Lederman M.M. Influence of hepatitis C virus coinfection on CD4+ T cells of HIV-infected patients receiving HAART. AIDS, 2014, Vol. 28, no. 16, pp. 2381-2388.Sukumar M., Liu J., Mehta G.U., Patel S.J., Roychoudhuri R., Crompton J.G., Klebanoff C.A., Ji Y., Li P., Yu Z., Whitehill G.D., Clever D., Eil R.L., Palmer D.C., Mitra S., Rao M., Keyvanfar K., Schrump D.S., Wang E., Marincola F.M., Gattinoni L., Leonard W.J., Muranski P., Finkel T., Restifo N.P. Mitochondrial membrane potential identifies cells with enhanced stemness for cellular therapy. Cell Metab., 2016, Vol. 23, no. 1, pp. 63-76.Xiao B., Deng X., Zhou W., Tan E.K. Flow cytometry-based assessment of mitophagy using mitotracker. Front. Cell. Neurosci., 2016, Vol. 10, e76. doi: 10.3389/fncel.2016.00076.