Activation of inflammasome and protein secretion by endogenous danger and microbe-derived signals in human macrophages

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1528-7
Title: Activation of inflammasome and protein secretion by endogenous danger and microbe-derived signals in human macrophages
Author: Välimäki, Elina
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, Biochemistry and Biotechnology
Institute of Biotechnology, University of Helsinki
Finnish Institute of Occupational Health, Helsinki
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Belongs to series: URN:ISSN:2342-317X
Abstract: Pathogenic micro-organisms have the potential to invade the body and damage the host. The innate immune system is the first defense mechanism to respond in such case. Principal innate immune effector cells macrophages detect the presence of microbe-derived, or endogenous molecules in inappropriate compartments. This recognition leads to the activation of macrophages triggering their defense reactions including secretion of proteins. Inflammasome is an intracellular protein complex that is assembled in macrophages promoting the secretion of an important inflammatory cytokine, interleukin(IL)-1β. Activation of the innate immune response is crucial in immediate host defense, and it also regulates the activation of the adaptive immune response later in infection. However, secretory responses from activated macrophages, or molecular signaling pathways leading to the activation of the inflammasome have not been fully characterized. This study aimed for exploring proteins secreted from human macrophages exposed to endogenous danger signals alone, and in combination with microbe-derived signals. Macrophages were activated with endogenous molecules monosodium urate (MSU) and adenosine triphosphate (ATP). MSU and ATP encountered in extracellular environment are both danger signals to the innate immune system, indicating tissue damage or metabolic dysfunction. The results show that exposing macrophages to MSU or ATP induces a robust protein secretion. Simultaneous detection of MSU with bacteria-derived lipopolysaccharide activates the secretion of inflammatory and defense proteins. Macrophages exposed to ATP display a rapid secretion of vesicles, and this secretion is dependent on the activity of proteins called calpains. Calpains are also required for ATP-induced inflammasome activation in macrophages. Second aim of this study was to explore inflammatory response of macrophages from healthy subjects with a history of reactive arthritis (ReA), an inflammatory joint disease, upon detection of microbe-derived signals. The results show that inflammasome activation is normal, but the secretion of two inflammatory cytokines, tumor necrosis factor and IL-23, is lower from macrophages of former ReA subjects compared to the release of these cytokines from cells of healthy controls. Thirdly this study aimed for unraveling signaling pathways activated by fungal-derived trichothecene mycotoxins in human macrophages. Trichothecene mycotoxins represent an exogenous danger signal to the innate immune system evoking an inflammatory response. The results of this study reveal that trichothecene mycotoxins activate the NLRP3 inflammasome in macrophages. This study provides new information about early innate immune responses that is useful in the discovery of treatments for diseases whose pathogenesis is associated to disturbances in the innate immune system.Patogeenisilla mikro-organismeilla on kyky tunkeutua elimistöön ja vahingoittaa sitä. Luontaisen immuniteettijärjestelmän aktivoituminen on silloin elimistön ensimmäinen puolustusmekanismi. Makrofagit, jotka ovat pääasiallisia luontaisen immuniteetin soluja, pystyvät tunnistamaan mikrobeista peräisin olevia molekyylejä, tai elimistön omia molekyylejä, jotka ovat väärässä paikassa. Tämä tunnistus johtaa makrofagien puolustusreaktioiden aktivoitumiseen, mukaan lukien proteiinien eritykseen solusta. Inflammasomi on makrofagien solunsisäinen proteiinikompleksi, jonka muodostuminen johtaa tärkeän tulehdusvälittäjäaineen, interleukiini(IL)-1β:n, eritykseen. Luontaisen immuunijärjestelmän aktivoituminen on tärkeää elimistön nopean puolustuksen vuoksi ja se myös säätelee adaptiivisen immuunijärjestelmän aktivoitumista myöhemmin infektion edetessä. Kuitenkaan aktivoituneiden makrofagien eritysvastetta tai inflammasomin muodostumiseen johtavia molekyylitason tapahtumia ei ole täysin selvitetty. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ihmisten makrofagien erittämiä proteiineja, kun solut tunnistavat elimistön omia vaarasignaaleita yksin tai yhdessä mikrobeista peräisin olevien molekyylien kanssa. Makrofageja aktivoitiin natriumuraattikiteillä (MSU) ja adenosiinitrifosfaatilla (ATP), jotka ovat elimistön omia molekyylejä. MSU ja ATP ovat molemmat vaarasignaaleita, kun ne tavataan solujen ulkopuolisessa ympäristössä, koska ne kertovat kudostuhosta tai metabolian häiriöstä. Tulokset osoittavat, että MSU ja ATP aktivoivat merkittävän proteiinien erityksen makrofageista. MSU:n ja bakteeriperäisen lipopolysakkaridi-molekyylin samanaikainen tunnistus aktivoi tulehdus- ja puolustusproteiinien erityksen makrofageista. ATP:lle altistuneet makrofagit alkavat nopeasti erittää vesikkeleitä, ja tämä eritys on riippuvaista kalpaiini-proteiinien toiminnasta. Kalpaiineja tarvitaan makrofageissa myös ATP:sta johtuvaan inflammasomin aktivoitumiseen. Tämän tutkimuksen toisena tavoitteena oli selvittää mikrobeista peräisin olevien molekyylien aiheuttamia tulehdusreaktioita makrofageissa, jotka olivat peräisin reaktiivisen niveltulehduksen (ReA) sairastaneista henkilöistä. Tulokset osoittavat, että inflammasomin aktivoituminen on normaalia, mutta tulehdusvälittäjäaineiden tuumorinekroositekijä ja IL-23 eritys on alentunutta verrattuna makrofageihin, jotka olivat peräisin terveiltä henkilöiltä. Tutkimuksessa selvitettiin myös homeperäisten trikotekeenimykotoksiinien aktivoimia signaalireittejä ihmisten makrofageissa. Trikotekeenimykotoksiinit ovat vaarasignaaleita luontaiselle immuunijärjestelmälle, jotka aktivoivat tulehdusvasteen. Tutkimus paljasti, että trikotekeenimykotoksiinit aktivoivat NLRP3 inflammasomin makrofageissa. Tämä tutkimus toi uutta tietoa luontaisen immuunijärjestelmän varhaisista vasteista, joka on hyödyksi kun etsitään hoitoja tauteihin, joiden syntyyn liittyy häiriö luontaisen immuunijärjestelmän toiminnassa.
URI: URN:ISBN:978-951-51-1528-7
http://hdl.handle.net/10138/156576
Date: 2015-10-23
Subject: immunologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
activati.pdf 1.081Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record