O diabetes mellitus tipo 1 (DM1) é uma doença autoimune na qual células dendríticas (DC) desempenham um papel relevante. DC são células apresentadoras de antígenos, centrais para a diferenciação de células T CD4+, incluindo células T reguladoras (Tregs). Quando o ambiente fornece sinais tolerogênicos, DC falham em induzir a proliferação de linfócitos T tendendo a induzir tolerância. Diferentes estímulos, como ácido retinóico (RA), dexametasona (Dex) e vitamina D3 (VitD3), são capazes de gerar DC tolerogênicas (tolDC). DC imunogênicas e tolDC diferem em expressão de moléculas co-estimulatórias, secreção de citocinas pró-inflamatórias, capacidade de gerar linfócitos T supressivos e perfil metabólico. Enquanto DC imunogênicas dependem da glicólise e de metabolismo anabólico, as vias metabólicas envolvidas na indução de Treg pelas tolDC são menos detalhados. AMPK é um sensor metabólico conhecido por antagonizar sinais anabólicos, promovendo catabolismo e estudos sugerem que tolDC sejam caracterizadas por um perfil catabólico. Entretanto, o papel da sinalização de AMPK na regulação metabólica e funcional de tolDC ainda não foi abordado. Ainda, a presença de VitD3 durante a diferenciação mo-DC, induz uma reprogramação metabólica inicial, dependente de glicose. Assim, o presente trabalho teve dois objetivos principais: (1) como a hiperglicemia é a principal característica do DM1, avaliou-se como a concentração de glicose afetaria a diferenciação de mo-DC tratadas com VitD3 (VitD-DC); (2) investigar como AMPK poderia controlar a diferenciação de tolDC induzida por VitD3, RA e Dex. Observou-se que, metabolicamente, VitD3 modula de maneira diferente mo-DC de controle e pacientes, induzindo tolDC em pacientes de maneira glicose independente. Em controles, VitD3 induziu aumento da glicólise e OXPHOS, que foram, pelo menos parcialmente, reduzidas em hiperglicemia, assim como a expressão de CD86, a secreção de TNF-a e a capacidade linfoestimulatória. Já em pacientes diabéticos, embora VitD3 reduziu tanto a expressão de CD86 quanto a secreção de TNF-a em hiperglicemia, o metabolismo das células não foi afetado, sugerindo que a reprogramação metabólica induzida pela VitD3 pode não depender da glicólise em pacientes. Na segunda parte do projeto, confirmamos que VitD3, Dex e RA induziram tolDC funcionais, já que estas tolDC diferenciaram células T CD4+ supressoras. Entretanto, metabolicamente, cada tolDC exibiu fenótipo distinto: VitD-DC aumentaram glicólise e OXPHOS, RA-DC reduziram a capacidade respiratória sobressalente e Dex-DC reduziram glicólise. A fosforilação de ACC, um alvo direto de AMPK, aumentou em VitD-DC e RA-DC, sugerindo aumento da atividade de AMPK. Coerentemente, o silenciamento de AMPK reverteu as alterações metabólicas induzidas por VitD3 e RA, mas não por Dex. Quando AMPK foi silenciada em RA-DC humana, tanto a atividade de ALDH (induzida pelo RA) como sua capacidade tolerogênica foram perdidas. Camundongos com DC deficientes em AMPK, apresentaram redução na atividade de ALDH e na frequência de DC CD103+CD11b+ intestinal, consideradas o equivalente in vivo das RA-DC. Isso sugere uma importância da sinalização de AMPK para a homeostase de DC tolerogênicas intestinais, promovendo ambiente anti-inflamatório via atividade de ALDH em DC CD103+CD11b+. Sendo assim, estes dados sugerem um papel fundamental da AMPK na homeostase intestinal e na regulação das propriedades metabólicas e tolerogênicas de RA-DC.

Type 1 diabetes mellitus (T1D) is an autoimmune disease in which dendritic cells (DC) play a relevant role. DC are antigen presenting cells, central to CD4+ T cell differentiation, including regulatory T cells (Tregs). When the environment provides tolerogenic signals, DC fail to induce T lymphocyte proliferation and are prone to induce tolerance. Different stimuli, such as retinoic acid (RA), dexamethasone (Dex) and vitamin D3 (VitD3), are capable of generating tolerogenic DC (tolDC). Immunogenic DC and tolDC differ in expression of costimulatory molecules, proinflammatory cytokine secretion, ability to generate suppressive T lymphocytes and metabolic profile. While immunogenic DC rely on glycolysis and anabolic metabolism to support their activity, the metabolic pathways involved in the induction of Treg by tolDC are less well defined. AMPK is a metabolic sensor known to antagonize anabolic signals, promoting catabolism and studies suggest that tolDC are characterized by a catabolic profile. However, the role of AMPK signaling in regulating tolDC metabolism and function has not been addressed. Moreover, the presence of VitD3 during mo-DC differentiation induces an initial glucose-dependent metabolic reprogramming. Thus, the present study had two main objectives: (1) as hyperglycemia is the main characteristic of T1D, we aimed to evaluate how glucose availability would impact the differentiation of mo-DC treated with VitD3 (VitD DC); (2) to investigate how and if AMPK could control the differentiation of tolDC induced by VitD3, RA and Dex. Metabolically, VitD3 differently modulates controls mo-DC and patients, inducing tolDC in patients in a glucose-independent manner. In controls, VitD3 induced increase in glycolysis and OXPHOS, which were, at least partially, reduced in hyperglycemia, as well as CD86 expression, TNF-a secretion and lymphostimulatory capacity. In diabetic patients, while VitD3 reduced both CD86 expression and TNF-a secretion in hyperglycemia, cell metabolism was not affected, suggesting that VitD3- induced metabolic reprogramming may not rely on glycolysis in patients. In the second part of the project, we confirmed that VitD3, Dex and RA induced functional tolDCs, since these tolDC induced suppressor CD4+ T cells. Metabolically, however, each tolDC exhibited a distinct phenotype: VitD-DC had increased glycolysis and OXPHOS, RA-DC had reduced spare respiratory capacity and Dex-DC had reduced glycolysis. ACC phosphorylation, a direct downstream target of AMPK, was increased in VitD-DC and RA-DC, suggesting increased AMPK activity. Consistently, AMPK silencing reverted the metabolic changes induced by VitD3 and RA, but not by Dex. When AMPK was silenced in human RA-DC, both ALDH activity (that was increased by RA treatment) and their tolerogenic capacity were lost. Mice with a deficiency in AMPK selectively in DC showed a reduction in ALDH activity and frequency of gut CD103+CD11b+ DC, considered to be the in vivo equivalent of RA-DC. This suggests that AMPK signaling is important for homeostasis of tolerogenic DC in the gut by promoting an anti-inflammatory status via regulation of ALDH activity specifically in CD103+CD11b+ DC. Taken together, these data point towards a key role for AMPK in regulating both the metabolic and tolerogenic properties of RA-DC and the homeostasis of the gut.