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Título

Perfil transcripcional de macrófagos antiinflamatorios humanos en condiciones de homeostasis, activación y patológicas.

AutorCuevas, Víctor D.
DirectorEscribese, Maria M.; Corbí, Angel L.
Palabras claveMacrófagos
Inflamación
Transcripción
Señalización
Fecha de publicación2016
EditorCSIC - Centro de Investigaciones Biológicas (CIB)
Universidad Complutense de Madrid
Resumen[EN] Macrophages are cells of the innate immune system that exhibit a huge phenotypic and functional heterogeneity, what gives macrophages the ability to sense and respond accurately to the needs of their microenvironment. Thus, macrophage differentiation and functions are dependent on the integration of cues provided by their ontogeny, surrounding tissue, microbiota, metabolism and pathogens. In line with their functional plasticity, macrophages are able to both initiate and resolve inflammation. Besides, macrophages have essential roles in development, homeostasis and inflammation and, consequently, deregulation of macrophage functions leads to the onset and maintenance of numerous chronic inflammatory pathologies. Therefore, determination of the molecular basis of the macrophage functional heterogeneity should pave the way for the development of tissue-specific anti-inflammatory therapies. Macrophage activation relies on the recognition of pathogen- and danger-associated molecular patterns from exogenous and endogenous factors by a variety of receptors, like TLRs. Depending on the nature of previous cues received by macrophages, the response to activating stimuli may be pro- or antiinflammatory. The former is characteristic of macrophages exposed to GM-CSF or IFNγ and results in the production of TNF-α, IL-12, IL-6 and IL-23. The latter is specific for macrophages exposed to M-CSF, IL-4 or glucocorticoids and leads to the secretion of IL-10. Unlike the macrophage pro-inflammatory response, which has been extensively studied, scarce knowledge is currently available on the activation of anti-inflammatory macrophages, especially in humans. To address this issue, we have thoroughly analyzed the transcriptome of TLR-activated, human M-CSF-polarized anti-inflammatory macrophages (M-MØ). Microarray analysis of M-MØ after a short exposure to LPS revealed the existence of a gene set that includes chemokines (e.g., CCL19), signaling molecules (e.g., SOCS2) and growth factors (e.g.,BMP6, PDGFA), that is exclusively induced in M-MØ in vitro and whose expression is dependent on the activation of the MAPKs ERK, p38 and JNK. Representative examples of this gene set, including CCL19, SOCS2, BMP6 and PDGFA, are coexpressed in humans in gut and skin-resident macrophages and tumor-associated macrophages in nevi and melanoma. Thus, we have identified a novel gene set whose expression is specific for human activated homeostatic/anti-inflammatory macrophages. This finding sheds light on the mechanisms underlying the regulatory and trophic functions of this macrophage subtype.
monocyte/macrophage differentiation. However, this notion primarily relies on studies performed on avian cell lines and mice macrophages, whereas the MAFB contribution to the macrophage differentiation program in human is mostly unknown. Interestingly, MAFB is greatly expressed by human anti-inflammatory M-MØ, in contrast to its very low expression found in GM-CSF-polarized pro-inflammatory macrophages. Therefore, we have addressed the determination of the whole range of MAFB-dependent genes in human M-MØ. Microarray analysis of MAFB-knocked-down macrophages revealed that MAFB positively controls the acquisition of the homeostatic/anti-inflammatory profile of M-MØ (including genes like IL10, CCL2, CD163L1, HTR2B and CXCL12), and impairs the expression of pro-inflammatory factors (like CLEC5A). Importantly, MAFB-dependent genes are co-expressed with MAFB in vivo in macrophages from the gut, dermis and melanoma samples. The control of the anti-inflammatory profile of human macrophages by MAFB is further supported by results obtained from macrophages derived from patients with Multicentric carpotarsal osteolysis (MCTO), a rare disease caused by heterozygous mutation in the MAFB gene. Our results indicate that MCTO MAFB mutations increase the MAFB protein stability, lead to an exacerbated anti-inflammatory macrophage phenotype, and impair the monocyte ability to differentiate in vitro into functional osteoclasts. Therefore, our results show, for the first time, that MAFB controls the differentiation and function of human anti-inflammatory macrophages. In summary, this PhD thesis describes the acquisition and regulation of the transcriptional profile of human M-CSF-dependent macrophages in homeostatic, activating and pathological conditions.
The differentiation and functional polarization of steady state tissue-resident macrophages is controlled by M-CSF, as well as by GM-CSF, RANKL, heme or retinoic acid, whose effects induce transcription factors like PPARγ, NFATc1, SPI-C or GATA6, which then shape the appropriate transcriptomic profile needed for macrophages to accommodate to the functional demands of each specific tissue. MAFB, a bZIP transcription factor that performs essential functions during development and control organ homeostasis in the adult, is an important factor in the control of
[ES] Los macrófagos son células del sistema inmune innato que exhiben una gran heterogeneidad fenotípica y funcional, lo que les confiere la capacidad de detectar y responder con precisión a las necesidades de su microambiente. La diferenciación y funciones de los macrófagos dependen de la integración de las señales proporcionadas por su ontogenia, el tejido donde se encuentren, la microbiota, el metabolismo y la potencial presencia de estímulos patógenicos. Los macrófagos juegan un papel esencial en desarrollo, homeostasis e inflamación y, por ello, la desregulación de funciones de los macrófagos lleva a la aparición y mantenimiento de numerosas patologías de base inflamatoria. En consecuencia, la determinación de la base molecular de la heterogeneidad funcional de macrófagos debería allanar el camino para el desarrollo de terapias anti-inflamatorias específicas de tejido. Los macrófagos son capaces de iniciar y resolver la inflamación. La activación de macrófagos se basa en el reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) y de peligro (DAMP) que llevan a cabo receptores como los miembros de la familia de TLR,. Dependiendo de la ontogenia, el entorno y naturaleza de las señales previas recibidas por los macrófagos, la respuesta a un estímulo puede ser pro- o anti-inflamatoria. La primera es característica de macrófagos expuestos a GM-CSF o IFNγ y resulta en la producción de TNF-α, IL-12, IL-6 e IL-23. La respuesta anti-inflamatoria, en cambio, es específica de macrófagos expuestos a M-CSF, IL-4 o glucocorticoides y conlleva la secreción de IL-10. La respuesta pro-inflamatoria de macrófagos ha sido ampliamente estudiada, en contraposición al escaso conocimiento disponible sobre la activación de macrófagos anti-inflamatorios, especialmente en humanos. Por este motivo hemos llevado a cabo la determinación del transcriptoma de macrófagos polarizados con M-CSF (M-MØ) y activados con ligandos de TLRs. Dicho análisis ha revelado la existencia de un conjunto de genes inducido por LPS exclusivamente en M-MØ, que incluye genes que codifian quimiocinas (CCL19), moléculas de señalización (SOCS2) y factores de crecimiento (BMP6, PDGFA), y cuya expressión es dependiente de la activación de las MAPKs ERK, p38 y JNK. Además, CCL19, SOCS2, BMP6 y PDGFA se co-expresan en macrófagos humanos residentes en intestino y piel y en macrófagos asociados a nevus y melanoma.
La identificación de este nuevo conjunto de genes dependiente de activación que es exclusivo de macrófagos antiinflamatorios/homeostáticos humanos contribuye de manera significativa al conocimiento de los mecanismos que subyacen a las funciones regulatorias y tróficas de este subtipo de macrófagos. La diferenciación y polarización funcional de la mayoría de macrófagos de tejido en homeostasis depende de M-CSF, así como de GM-CSF, RANKL, el grupo hemo o el ácido retinoico. Estos factores conducen a la inducción de factores de transcripción (como PPARγ, NFATc1, SPI-C o GATA6) que regulan el perfil transcriptómico tejido-específico de macrófagos. MAFB es un factor de transcripción bZIP que realiza funciones esenciales durante el desarrollo y el control de la homeostasis de tejidos, y es crítico en el control de la diferenciación de monocitos/macrófagos. Sin embargo, este conocimiento deriva de estudios realizados sobre líneas celulares aviares y macrófagos de ratón. Por lo tanto, la contribución de MAFB en el programa de diferenciación de macrófagos en humanos es aún bastante limitada. MAFB se expresa en niveles muy elevados en macrófagos anti-inflamatorios humanos (MMØ), en contraste con su muy baja expresión en macrófagos pro-inflamatorios polarizados por GM-CSF. Por esta razón hemos abordado el estudio del rango de genes dependientes de MAFB en macrófagos anti-inflamatorios humanos. El análisis mediante microarrays de macrófagos humanos en los que se silenció la expression de MAFB reveló que MAFB controla la adquisición del perfil homeostático/antiinflamatorio de M-MØ (incluyendo genes como IL10, CCL2, CD163L1, HTR2B y CXCL12), e impide la expresión de genes asociados a la polarización pro-inflamatoria (CLEC5A). Por otra parte, los genes MAFB-dependientes son co-expresados con MAFB in vivo en macrófagos de intestino, dermis y melanoma. Por otra parte, la capacidad de MAFB de controlar el perfil anti-inflamatorio de macrófagos humanos se ha puesto también de manifiesto por los resultados obtenidos en macrófagos derivados de pacientes de Osteolisis carpotarsal multicéntrica (MCTO), enfermedad rara causada por mutaciones en el dominio de transactivación de MAFB. Nuestros resultados han puesto de manifesto que dichas mutaciones aumentan la estabilidad de MAFB, promueven la adquisición de un fenotipo antiinflamatorio exacerbado en los M-MØ de pacientes MCTO, y limitan la capacidad de monocitos de diferenciarse in vitro hacia osteoclastos funcionales. En conjunto, nuestros resultados demuestran por primera vez que MAFB controla la diferenciación y función de los macrófagos anti-inflamatorios humanos. De forma global, esta tesis doctoral describe la adquisición y la regulación del perfil transcripcional de macrófagos humanos dependientes de M-CSF en homeostasis, activación y condiciones patológicas.
Descripción139 p.-26 fig.-8 tab.
URIhttp://hdl.handle.net/10261/152694
Aparece en las colecciones: (CIB) Tesis
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