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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.17.2021.tde-04082021-143824
Document
Author
Full name
Paula Ramos Viacava
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2021
Supervisor
Committee
Alves Filho, José Carlos Farias (President)
Bozza, Marcelo Torres
Câmara, Niels Olsen Saraiva
Cunha, Larissa Dias da
Title in Portuguese
Importância do metabolismo glicolítico na regulação da produção de adenosina e IL-10 em macrófagos: papel do metabólito frutose-1,6-bisfosfato e da enzima PKM2
Keywords in Portuguese
Adenosina
Frutose 1,6-bifosfato
Imunometabolismo e IL-10
PKM2
Via glicolítica
Abstract in Portuguese
Evidências crescentes de que os processos metabólicos desempenham um papel no controle das funções efetoras imunes, nos fazem compreender melhor os papéis e funções das vias metabólicas nas respostas imunes, assim possibilitar o surgimento de uma oportunidade terapêutica baseada no imunometabolismo. De forma interessante, a frutose 1,6-bifosfato (FBP) é um intermediário endógeno da via glicolítica que tem efeitos anti-inflamatórios quando administrado em modelo de isquemia ou artrite. Embora o mecanismo não seja totalmente claro, esse efeito protetor já foi descrito por aumentar os níveis de adenosina (ADO) como resultado de uma produção elevada de ATP proveniente da glicólise. Além disso, o aumento da glicólise é um mecanismo chave nas células ativadas por LPS, pode ocorrer pela indução da isoenzima piruvato quinase M2 (PKM2), regulando o fluxo glicolítico. Entretanto, não foi demonstrado como o PKM2 participa dessa reprogramação metabólica e modula a resposta inflamatória de macrófagos. Nossa hipótese é que a reprogramação metabólica por FBP ou ativação alostérica da PKM2 pode modular a resposta inflamatória de macrófagos. Demonstramos em várias condições experimentais que a FBP induziu uma resposta anti-inflamatória mediada por IL-10, através do aumento do metabolismo glicolítico em macrófagos. Confirmamos por metaboloma e outros ensaios que o tratamento com FBP aumenta o metabolismo celular, aumentando a produção e liberação de ATP que será transformado em adenosina pela via de CD39/CD73. Usando macrófagos deficientes para o receptor de adenosina (A2A KO), confirmamos que a produção de IL-10 induzida por FBP ocorre via sinalização de adenosina/A2A. Além disso, o efeito antiinflamatório gerado pela FBP foi confirmado em modelos experimentais de peritonite e colite. No entanto, ao conhecer os efeitos da FBP e sabendo que ela é o ativador alostérico natural da PKM2, avaliamos se o aumento da produção de IL-10 pela FBP ocorre de forma dependente de PKM2. Porém, demonstramos que os efeitos da FBP não eram dependentes da presença de PKM2. Mesmo assim, avaliamos se a ativação alostérica de PKM2 por TEPP-46 geraria uma resposta anti-inflamatória. Observamos em BMDM que o tratamento com TEPP-46 também foi capaz de aumentar a produção de IL-10, e essa resposta foi gerada por aumentar o metabolismo celular, elevando a produção de ATP glicolítico e assim, os níveis de adenosina pela ação de CD39/CD73 na via adenosinérgica. Em modelo experimental de peritonite, observamos que o tratamento com o TEPP-46 reduz parâmetros inflamatório dependentes da sinalização de adenosina pelo A2A. Juntos, esses dados demostraram que a via glicolítica é essencial para o efeito anti-inflamatório da FBP e do TEPP-46, levando ao surgimento de novas estratégias terapêuticas baseadas na modulação do imunometabolismo.
Title in English
Importance of glycolytic metabolism in regulating the production od adenosine and IL-10 in macrophages: role of the metabolite fructose-1,6-bisphosphate and the enzyme PKM2
Keywords in English
Adenosine
Fructose 1,6-bisphosphate
Glycolytic pathway
Immunometabolism and IL-10
PKM2
Abstract in English
Growing evidence that metabolic processes play a role in control of immune effector functions leads to emergence of a therapeutic opportunity based on immunometabolism, when understand roles and functions of metabolic pathways in immune responses. Of interest, fructose 1,6-bisphosphate (FBP) is an endogenous intermediate of glycolytic pathway that has anti-inflammatory effects when administrated in ischemic or arthritis model. Although the mechanism is not fully understood, this protective effect is attributed to increased adenosine (ADO) levels as a result of enhance in ATP production by glycolysis. Besides that, increased glycolysis is key mechanism in LPS-activated cells, which may occur by inducing isoenzyme pyruvate kinase M2 (PKM2), regulating the glycolytic flux. How ever, has not been demonstrated how PKM2 can participate that metabolic reprogramming modulate the macrophage inflammatory response. We hypothesized that metabolic reprogramming by FBP or PKM2 allosteric activation could modulate the macrophage inflammatory response. Here we demonstrated in several experimental conditions that FBP induces an anti-inflammatory response mediated by IL-10 via increase of the glycolytic metabolism in macrophages. We confirmed by metabolomics and others assays that FBP treatment enhances the cellular metabolism, increasing the production and release of ATP that will be turned into adenosine by CD39/CD73 pathway. Using macrophages knockout to adenosine receptor (A2A KO) we confirmed that the IL-10 production induced by FBP occur via adenosine/A2A signaling. Furthermore, the regulatory immunometabolic effect of FBP was confirmed in the peritonitis and colitis model. Knowing the FBP effects and that it is the natural allosteric activator of PKM2, we evaluated if increased of IL-10 production by FBP occurs by PKM2-depend. Nonetheless, we demonstrated that FBP effects were not dependent the PKM2 presence. Even so, we evaluated whether the allosteric activation of PKM2 by TEPP-46 generated an antiinflammatory response. We observed in BMDM that TEPP-46 was also able to increase the production of IL-10, and this response was generated by increased cellular metabolism, enhance glycolytic ATP production and adenosine level by CD39/CD73 action in adenosinergic pathway, reducing the inflammatory response in peritonitis level. Together, these data showed that the IL-10-dependent glycolytic pathway is essential for the antiinflammatory effect of FBP and allosteric activation of PKM2 by TEPP-46, leading to the emergence of new therapeutic strategies based on immunometabolism modulation.
 
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Publishing Date
2021-08-10
 
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