Profiling Antichlamydial Compounds in Monocyte and Macrophage Cell Models

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6795-8
Title: Profiling Antichlamydial Compounds in Monocyte and Macrophage Cell Models
Author: Kortesoja, Maarit
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy, Pharmaceutical Biosciences
Doctoral Programme in Drug Research
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-12-11
Language: en
Belongs to series: URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6795-8
http://hdl.handle.net/10138/321476
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Chlamydia pneumoniae is an obligate intracellular human pathogen whose primary site of infection is the respiratory tract. In addition to respiratory tract infections, such as sinusitis and pharyngitis, C. pneumoniae has been related to several chronic inflammatory diseases of which atherosclerosis is the most widely studied. In order to contribute to the pathogenesis e.g. in atheromatous arteries, C. pneumoniae must disseminate from lungs to other tissues. This translocation occurs via peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), mainly monocytes and macrophages. The presence of C. pneumoniae has been reported to induce inflammatory molecule production and alter redox balance in these cells, while also promoting their foam cell formation, migration and adherence. The ability of C. pneumoniae to persist inside the PBMCs, and thus become refractory to conventional antibiotics complicates the management of the associated underlying infection in chronic inflammatory diseases. Most C. pneumoniae susceptibility studies are currently based on the use of permissive cell lines, such as epithelial and endothelial cell lines in which the bacteria are actively replicating, which leaves the persistent infections unnoticed. Therefore, in addition to new active compounds against C. pneumoniae, new methods to study their effects against the persistent chlamydial infection are urgently needed. In this study, dibenzocyclooctadiene lignans, new antichlamydial compounds originating from berries of medicinal plant, Schisandra chinensis, were profiled regarding different aspects of C. pneumoniae-PBMC interactions. Human THP-1, a monocyte and macrophage cell line, and a murine macrophage cell line RAW264.7 were used in the studies to examine the effects of the schisandrin lignans on C. pneumoniae infection and their influence on host cell responses. Oxidative stress is the basic pathological mechanism underlying a spectrum of chronic inflammatory diseases, and it largely contributes to the consequences of C. pneumoniae infection as well. In this work, C. pneumoniae was found to induce proinflammatory cytokine, interleukin (IL)-12 secretion in the human monocytic cell line. It also increased the intracellular reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO) levels in macrophages, and it had an impact on the concentration of glutathione (GSH), the major small-molecule antioxidant, in macrophages. Gene expression analysis of murine macrophages revealed that C. pneumoniae suppressed the peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) transcription in the cells, which influences lipid metabolism and inflammatory responses in these cells. Schisandrin lignans had an impact on C. pneumoniae-induced alterations in these cell models. Schisandrin B and schisandrin C reduced the elevated interleukin (IL) -12 cytokine levels, as well as the LPS induced IL-6 and IL-12 levels. Schisandrin lignans also affected cellular oxidative balance by elevating the basal ROS levels while simultaneously reducing the ROS or NO levels induced by infection or LPS. The redox balance alteration was also shown within the GSH levels, which were reduced by the lignans in THP-1 monocytes and macrophages but elevated in RAW264.7 cells. Schisandrin B additionally upregulated the transcription of genes involved in GSH synthesis, GCL and GGT-1. Schisandrin B and schisandrin C also reduced the C. pneumoniae-induced macrophage foam cell formation and altered the related expression of PPARγ and ABCA1 genes. In this work, a new platform for studying the C. pneumoniae transfer between lung epithelial cells and phagocytes, is also introduced. The platform can be used in lead compound profiling studies against C. pneumoniae infection. Mitogen-activated protein kinase (MAPK) inhibitors were found to inhibit the transfer of the infection, serving as reference compounds in future profiling studies. This work provides new information about the C. pneumoniae infection in monocyte-macrophage cell models, while also offering valuable insight on the antichlamydial lead compounds, dibenzocyclooctadiene lignans. These lignans were shown to suppress the C. pneumoniae induced pathological changes in the host cells. With newly identified antichlamydial activities and novel study methods, we can explore more impactful approaches to overcoming C. pneumoniae-induced chronic inflammatory diseases.Chlamydia pneumoniae on solunsisäinen hengitystiepatogeeni. Infektioiden, kuten poskiontelontulehduksen, nielutulehduksen ja keuhkokuumeen lisäksi C. pneumoniae on liitetty moniin kroonisiin tulehduksellisiin sairauksiin. Eniten näistä on tutkittu bakteerin yhteyttä ateroskleroosiin. Jotta patogeeni pystyisi osallistumaan esimerkiksi aterooman muodostumiseen valtimoissa on sen kyettävä siirtymään ensisijaiselta infektiopaikaltaan, hengityselimistöstä, muihin kudoksiin. Tämä siirtymä tapahtuu mononukleaaristen valkosolujen, enimmäkseen monosyyttien ja makrofagien välityksellä. C. pneumoniae -infektion on näissä soluissa todettu lisäävän tulehdusvälittäjäaineiden tuotantoa, vaikuttavan solunsisäiseen hapetus-pelkistystasapainoon sekä edistävän migraatiota ja adheesiota ja vaahtosolujen muodostusta. Monosyyteissä ja makrofageissa C. pneumoniae -infektio voi muuntua persistenttiin muotoon, jolloin bakteerien replikaatio pysähtyy ja niistä tulee vastustuskykyisiä perinteisille antibiooteille. Tämä vaikeuttaa infektion hävittämistä ja edesauttaa kroonisten tulehdussairauksien syntyä. Suurin osa C. pneumoniae -bakteerin herkkyysmäärityksistä perustuu permissiivisten solujen, kuten epiteeli- tai endoteelisolujen käyttöön, joissa C. pneumoniae replikoituu aktiivisesti. Tällöin persistentti infektio jää helposti huomaamatta. Tämän vuoksi uusien aktiivisten yhdisteiden lisäksi tarvitaan uusia menetelmiä persistentin C. pneumoniae -infektion tutkimiseen. Tässä työssä tutkittiin uusia antiklamydiaalisia yhdisteitä, dibentsosyklo-oktadieenilignaaneja, jotka on alun perin eristetty Schisandra chinensis -lääkekasvin marjoista. Näiden lignaanien kykyä vaikuttaa C. pneumoniae -infektion aiheuttamiin muutoksiin tutkittiin monosyyteissä ja makrofageissa. Työssä käytettiin ihmisen monosyytti-makrofagisolulinjaa THP-1 sekä hiiren makrofagisolulinjaa RAW264.7. Useat C. pneumoniae -infektion vaikutukset soluissa liittyvät oksidatiiviseen stressiin, joka on myös keskeinen patologinen tekijä kroonisissa tulehdussairauksissa. Saamiemme tulosten perusteella infektio lisäsi solunsisäisten reaktiivisten happi- ja typpiradikaalien määrää sekä vaikutti glutationin (GSH), merkittävän pienmolekyylirakenteisen antioksidantin, pitoisuuteen soluissa. Lisäksi osoitettiin, että C. pneumoniae -infektio lisäsi tulehdusta edistävän sytokiinin, interleukiini-12:n (IL-12) tuotantoa ihmisen monosyyttisolulinjassa. Hiiren makrofageissa tehdyssä geeniekspressioanalyysissä C. pneumoniae -infektio vähensi PPARγ:n transkriptiota, mikä vaikuttaa lipidimetaboliaan ja tulehdusvasteisiin solussa. S. chinensis -lignaanit vaikuttivat C. pneumoniae –infektion aiheuttamiin vasteisiin tutkituissa solumalleissa. Schisandriini B ja schisandriini C laskivat solujen IL-12-tasoja sekä lipopolysakkaridin (LPS) vaikutuksesta kohonneita IL-6- ja IL-12-tasoja. Lignaanit vaikuttivat myös solujen hapetus-pelkistystasapainoon nostamalla solunsisäisiä ROS-tasoja, mutta toisaalta laskemalla niitä LPS-stimulaation tai C. pneumoniae -infektion jälkeen. Vaikutus hapetus-pelkistystasapainoon ilmeni myös muuttuneina GSH-tasoina, jotka laskivat lignaanien vaikutuksesta THP-1-monosyyteissä ja makrofageissa mutta nousivat RAW264.7-makrofageissa. Schisandriini B kohotti myös GSH-synteesiin liittyvien geenien, GCL:n ja GGT-1:n, ekspressiotasoja. Sekä schisandriini B että schisandriini C vähensivät C. pneumoniae -infektiosta johtuvaa vaahtosolujen muodostusta sekä muuttivat siihen liittyvien geenien, PPARγ:n ja ABCA1:n, ekspressiotasoja. Tässä työssä esitellään myös uusi menetelmä, jolla voidaan tutkia C. pneumoniae -bakteerin siirtymistä keuhkoepiteelin ja fagosyyttien välillä. Menetelmää voidaan hyödyntää uusien C. pneumoniae -infektioon vaikuttavien johtoyhdisteiden karakterisoinnissa. Osana tutkimusta osoitimme lisäksi MAPK-inhibiittoreiden soveltuvuuden referenssiyhdisteiksi menetelmää käytettäessä. Tämä työ tarjoaa uutta tietoa C. pneumoniae -infektioista monosyytti-makrofagisolumalleissa. Tutkimus valotti myös C. pneumoniae -infektioita vastaan tehokkaaksi havaittujen schisandriinilignaanien solutason vaikutuksia. Väitöstyössä esitellyt löydökset ja menetelmät edesauttavat C. pneumoniae -infektioihin liitettyjen kroonisten tulehdussairauksien tutkimusta ja tuovat meidät näin lähemmäksi uusia hoitokeinoja.
Subject: farmasia
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
kortesoja_maarit_dissertation_2020.pdf 2.470Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record