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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.42.2021.tde-29042022-154607
Document
Author
Full name
Paulo José Basso
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Câmara, Niels Olsen Saraiva (President)
Bellio, Maria
Popi, Ana Flavia
Silva, João Santana da
Title in Portuguese
Avaliação dos sensores metabólicos AMPK e HIF-1 nas funções das células B
Keywords in Portuguese
colite; imunização
hipóxia
Linfócitos B
metabolismo
plasmócitos
Abstract in Portuguese
É recente a noção de que as células podem modificar suas atividades metabólicas para executarem funções específicas sob determinada pressão do meio externo ou interno. Para isso, sensores metabólicos, como AMPK e HIF-1α, interpretam sinais intra e extracelulares para coordenar o destino celular, regulando processos energéticos, de ativação, crescimento e diferenciação. No entanto, o papel desses sensores nas células B tem sido pouco explorado. Nossa hipótese foi que a modulação da atividade de AMPK e/ou HIF-1α alteraria o metabolismo, as funções, a longevidade e a diferenciação de células B em células secretoras de anticorpos (ASCs), com potencial significativo sobre o curso de doenças inflamatórias. Os resultados mostraram que células B deficientes de AMPK (AMPKB) estimuladas com LPS aumentaram a captação de glicose, a atividade glicolítica aeróbica e o perfil de ativação com elevada expressão de moléculas coestimuladoras (CD40 e CD86), aumento na síntese de citocinas (IL-10 e IL-6) e maior secreção de anticorpos por ASCs. Contrariamente, células B tratadas com agonista de AMPK ou deficientes na proteína negativamente regulada por AMPK, mTORC1, diminuíram a expressão de moléculas coestimuladoras, a síntese de citocinas e a glicólise aeróbica. Adicionalmente, células AMPKB diminuíram a massa, a atividade e a capacidade respirátoria mitocondriais. Animais AMPKB submetidos à colite aguda por DSS tiveram melhora significativa dos sinais clínicos, mas tiveram pior prognóstico na colite experimental crônica. Experimentos de imunização aguda mostraram que a ausência de AMPK em células B aumenta a secreção de anticorpos, mas diminui a expressão de ULK1, prejudicando a mitofagia. No entanto, após o redesafio antigênico, células B aumentaram a produção de ROS e a peroxidação lipídica, comprometendo a frequência de células e a síntese de anticorpos em longo prazo. Utilizando um sistema in vitro de indução de células B de centro germinativo, foi encontrado que a hipóxia prejudicou a troca de isotipo de imunoglobulinas (TII) para IgG1, mas não interferiu na diferenciação de plasmócitos. Da mesma forma, a superexpressão e a deleção de HIF-1 diminuiu e aumentou, respectivamente, a TII para IgG1, sem influenciar a frequência de plasmócitos. Finalmente, a deleção de HIF-1α em células B oito semanas após serem transferidas adotivamente para camundongos Rag2-/- recipientes imunizados com NP-KLH comprometeu a frequência de plasmócitos de vida longa na medula óssea e no baço. Em conjunto, AMPK coordena a ativação, o metabolismo, a homeostase mitocondrial e a produção de anticorpos em células B e tem potencial para tratar doenças inflamatórias agudas. Já HIF-1 é importante para a manutenção de plasmócitos de vida longa e TII para IgG1.
Title in English
Evaluation of AMPK and HIF-1α on B cell functions
Keywords in English
B lymphocytes
colitis
hypoxia
immunization
metabolism
plasma cells
Abstract in English
Its recent the concept of cells being able to modify their metabolic profile to perform specific functions under influence from environment. To this end, metabolic sensors such as AMPK and HIF-1 converge intra and extracellular signals to coordinate the cell fate, regulating cell energy, activation, growing and differentiation. However, the role of metabolic sensors on B cells has not been assessed. Our hypothesis was that modulation of AMPK and/or HIF-1α activity would change the metabolism, function, longevity and differentiation of B cells into antibody-secreting cells (ASCs) being able to modify the course of inflammatory diseases. Our results showed that LPS-stimulated AMPK-deficient B (AMPKB) cells increased glucose uptake, glycolytic activity and activation status by enhancing the expression of costimulatory molecules (CD40 and CD86), cytokine synthesis (IL-10 and IL-6) and antibody secretion by ASCs. In contrast to that, B cells treated with AMPK agonist metformin or B cells deficient in mTORC1, a protein negatively regulated by AMPK, decreased costimulatory molecule expression, cytokine synthesis and aerobic glycolysis. AMPKB cells also decreased mitochondrial mass, activity and respiratory capacity. In addition, AMPKB animals subjected to DSS-induced acute colitis had a significant improve in their clinical signs but had a worst prognosis in DSS-induced chronic colitis. Acute immunization experiments showed that AMPK-deficient B cells increased antibody secretion but decreased ULK1 expression, impairing the mitophagy process. As consequence, B cells increased ROS production and lipid peroxidation after recall antibody response decreasing both cell frequency and antibody synthesis. Using an in vitro -induced germinal center B cell culture system, it was found that hypoxia hindered class switching recombination (CSR) to IgG but it did not affect plasma cell differentiation. Moreover, HIF-1α overexpression or deletion decreased or increased, respectively, CSR to IgG1. At last, HIF-1α deletion in B cells eight weeks after being adoptively transferred into Rag2-/- recipient mice immunized with NP-KLH decreased the frequency of long-lived plasma cells in bone marrow and spleen. Altogether, AMPK coordinates the activation, metabolism, mitochondrial homeostasis and antibody production in B cells. AMPK in B cells is also a potential target to treat acute inflammatory diseases. HIF-1α, in turn, is a key regulator to long lived plasma cell maintenance but impairs CSR to IgG1.
 
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Release Date
2024-04-28
Publishing Date
2022-12-08
 
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