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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Mario Diego Teles Correia
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Silva, Fabiano Pinheiro da (President)
Beppler, Jaqueline
Chiamolera, Murilo
Giordano, Ricardo José
Title in Portuguese
Características funcionais e potencial terapêutico dos receptores Fc na inflamação sistêmica
Keywords in Portuguese
CD16
CD89
Escherichia coli
Imunidade inata
Inflamação
Lupus
Proteína wzxe
Receptores Fc
Sepse
Streptococcus pneumoniae
Abstract in Portuguese
Introdução: Os receptores Fc são proteínas de importância crucial no processo saúde-doença. São responsáveis pela ativação de mecanismos efetores e modulam a resposta imune e inflamatória. Têm papel central na patogênese de doenças autoimunes, sepse e doenças neoplásicas. O lúpus, protótipo das doenças autoimunes e a sepse, infecção grave que causa disfunção orgânica, são doenças inflamatórias nas quais o papel dos receptores Fc vêm sendo desvendados. Essas patologias têm alta morbidade e mortalidade, impondo enormes custos para sociedade. A descoberta que a E. coli se liga ao receptor CD16 (FcGamaRIII) para evadir-se do sistema imune, através da ligação com a proteína wzxe presente em sua membrana, torna esse receptor um alvo terapêutico interessante. O CD16 é um FcGamaR com ITAM que classicamente tem função ativadora e gera respostas inflamatórias ao se ligar a imunocomplexos. Porém, na sepse, a ligação direta com a E. coli induz uma ativação ITAMi, que bloqueia a produção de ROS e inibe a fagocitose e a morte desta bactéria. A manipulação dessa ativação inibitória (ITAMi), aparentemente anti-inflamatória, pode ser uma estratégia efetiva para o tratamento de doenças inflamatórias como a sepse e o lúpus. Inicialmente visamos avaliar a importância fisiológica e o papel terapêutico do peptídeo ligante do CD16, em modelo de sepse e em modelo de lúpus induzido por pristane, respectivamente. De maneira similar ao CD16, o CD89 (FcAlfaRI) é capaz de mediar uma sinalização dual, ativatória ou inibitória, que depende da forma como se dá sua ligação às imunoglobulinas e imunocomplexos. Por isso, num segundo momento, averiguamos se o FcAlfaRI (CD89) poderia se ligar à bactérias de maneira direta, na ausência de ligantes cognatos e mediar respostas pro ou anti-inflamatórias, protegendo ou não o hospedeiro. Metodologia: Camundongos C57Bl/6, WT e CD16KO com lúpus induzido por pristane, foram tratados com o peptídeo CYWGGTEGAC(IRG Bioscience,USA). A expressão gênica e protéica de diversas citocinas, assim como genes associados a assinaturas de interferon foram avaliados nos pulmões desses animais. Utilizamos também um modelo de sepse através da injeção intra-peritoneal de E. coli WT e E. coli mutante wzxe -/-, no qual avaliamos mortalidade e produção de citocinas. Realizamos experimentos in vitro com BMM e BMDC murinos, fagócitos humanos e bactérias. A expressão de CD89 e de receptores cognatos foi avaliada através de citometria de fluxo. Empregamos a citometria de fluxo com imagem para análise da fagocitose. Foram realizados também, experimentos in vivo com camundongos WT e transgênicos: CD89tg, CD89R209Ltg CD89tgCD16KO, CD16KO e PCRKO. Comparamos mortalidade, produção de citocinas, quantidade de bactérias e lesão tecidual em modelos de CLP e de pneumonia por administração nasal de S. pneumoniae. Produção de ROS pelos BMM foi avaliada por microscopia confocal e, nos PMN, por quimioluminescência. Imunoprecipitação e immunoblotting foram utilizados para avaliar recrutamento de syk e SHP-1. Utilizamos ELISA para ensaios de ligação de bactérias com CD89 e para quantificar TNF-Alfa, IL-1 e IL-6. Resultados: Camundongos injetados com a bactéria mutante wzxe-/- sobreviveram mais e produziram quantidade menor de citocinas reforçando o papel chave da proteína wzxe, no mecanismo de evasão imune da E. coli. Camundongos WT e CD16KO com lupus induzido por pristane, tratados ou não com peptídeo CYWGGTEGAC, não apresentaram diferenças na expressão gênica nem protéica de citocinas nem em genes associados a assinaturas de interferon em seus pulmões. O CD89 interage diretamente com bactérias gram-positivas e gram-negativas. A interação bactéria-CD89 em macrófagos murinos induz ativação celular, fagocitose e morte bacteriana, que são dependentes da cadeia FcRGama. Essa mesma interação protege contra a mortalidade em dois modelos de sepse (CLP e pneumonia) e é dependente da cadeia FcRGama e indepedente de PCR e IgA anti-bactéria. Conclusões: O CD16 e o CD89 são FcRs com ITAM que apresentam uma dualidade na forma de ativação através do ITAM, que em algumas situações pode ser inibitória (ITAMi). Nessa tese reforçamos o papel chave da proteína wzxe, ligante do CD16, como responsável pela evasão bacteriana da E. coli através de sinalização ITAMi. Por outro lado, falhamos em demostrar diferenças após o tratamento de camundongos com lúpus induzido por pristane usando o peptídeo CYWGGTEGAC. Acreditamos que isso tenha ocorrido devido a dose inadequada do peptídeo ou proteólise por enzimas endógenas do camundongo, assim que o peptídeo é injetado. Novas doses ou a manipulação da estrutura do peptídeo são perspectivas futuras para este projeto. Quanto ao CD89, provamos seu papel extremamente importante na imunidade inata. Esse receptor, à semelhança do CD16, foi capaz de ligar-se diretamente a bactérias, na ausência de opsoninas e ligantes cognatos. O CD89 foi protetor tanto para infecção por gram-positivo quanto por gram-negativo enquanto o CD16 foi protetor apenas em modelo de pneumonia por gram-positivo
Title in English
Functional characteristics and therapeutic potential of Fc receptors in systemic inflammation
Keywords in English
CD16
CD89
Escherichia coli
Fc receptors
Inflammation
Innate Immunity
Lupus
Sepsis
Streptococcus pneumoniae
Wzxe protein
Abstract in English
Introduction: Fc receptors are proteins of crucial importance in the health-disease process. They are responsible for the activation of effector mechanisms and modulate the immune and inflammatory responses. They play a central role in the pathogenesis of autoimmune diseases, sepsis and neoplastic diseases. Lupus, a prototype of autoimmune diseases and sepsis, a serious infection that causes organ dysfunction, are inflammatory diseases in which the role of Fc receptors has been unraveled. These pathologies have high morbidity and mortality, imposing enormous costs for society. E. coli has been found to bind directly to the FcGammaRIII(CD16) receptor to evade the immune system. This is due to the binding to the wzxe protein present in its membrane, making this receptor an interesting therapeutic target. CD16 is an FcGammaR with ITAM that classically has an activating function and generates inflammatory responses when binding to immunocomplexes. However, in sepsis, direct binding with E. coli induces an ITAMi activation, which blocks ROS production and inhibits phagocytosis and death of this bacterium. The manipulation of this apparently anti-inflammatory inhibitory signaling (ITAMi) may be an effective strategy for the treatment of inflammatory diseases such as sepsis and lupus. Initially we aimed to evaluate the physiological importance and therapeutic role of the CD16 binding peptide, in a sepsis model and pristane-induced lupus model, respectively. Similarly to CD16, CD89 (FcAlphaRI) is capable of mediating dual, activating or inhibitory signaling, which depends on how it binds to immunoglobulins and immunocomplexes. Therefore, we assessed whether FcAlphaRI (CD89) could bind to bacteria directly, in the absence of cognate ligands and mediate pro or anti-inflammatory responses, protecting or not the host. Methods: C57Bl/6 mice, WT and CD16KO with pristane-induced lupus were treated with the peptide CYWGGTEGAC (IRG Bioscience, USA). Gene and protein expression of cytokines, as well as genes associated to interferon signatures were evaluated in the lungs of these animals. We also used a sepsis model through the intra-peritoneal injection of E. coli WT and E. coli mutant wzxe-/-, in which we evaluated mortality and production of cytokines. We performed in vitro experiments with murine BMM and BMDC, human phagocytes and bacteria. Expression of CD89 and cognate receptors was assessed by flow cytometry. Flow cytometry with imaging was employed for phagocytosis analysis. In vivo experiments were also performed on WT and transgenic mice: CD89tg, CD89R209Ltg CD89tgCD16KO, CD16KO and CRPKO. We compared the mortality, cytokine production, amount of bacteria and tissue injury in CLP and pneumonia by nasal administration of S. pneumoniae. ROS production by BMM was evaluated with confocal microscopy and, in PMN, by chemiluminescence. Immunoprecipitation and immunoblotting were used to evaluate recruitment of syk and SHP-1. We used ELISA for binding assays with CD89 and bacteria and quantification of TNF-Aphla, IL-1 and IL-6. Results: Mice injected with wzxe-/- mutant E. coli survived more and produced smaller amounts of cytokines, reinforcing the key role of the wzxe protein in the mechanism of immune evasion of E. coli. WT and CD16KO pristane induced lupus mice, treated or not with the peptide CYWGGTEGAC didn't show differences in gene or protein expression of cytokines nor in interferon signature genes in their lungs. The bacterial-CD89 interaction in murine macrophages induces cellular activation, phagocytosis and bacterial death, which are dependent on the FcRGamma chain. This same interaction protects against mortality in two models of sepsis (CLP and pneumonia) and is dependent on the FcRGamma chain and independent of PCR and IgA anti-bacterium. Conclusions: CD16 and CD89 are ITAM-bearing FcRs that present a duality in the form of activation through ITAM, which in some situations may be inhibitory (ITAMi). In this thesis we reinforce the key role of wzxe protein, a CD16 ligand, as responsible for the bacterial evasion of E. coli through ITAMi signaling. On the other hand, we failed to demonstrate differences after treatment of pristane-induced lupus mice using the CYWGGTEGAC peptide. We believe that this was due to inadequate dose of the peptide or proteolysis by endogenous mouse enzymes, so the peptide is injected. New doses or manipulation of the peptide structure are future prospects for this project. As to CD89, we proved the extremely important role of CD89 in innate immunity. That receptor, similarly to CD16, was able to bind directly to bacteria, in the absence of opsonins and cognate ligands. CD89 was protective for both gram-positive and gram-negative infection while the CD16 was protective only in a model of gram-positive pneumonia
 
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Publishing Date
2019-08-12
 
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