Điều hòa sinh học macrophage và đáp ứng miễn dịch bởi lipid mycobacterium

Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò glycopeptidolipids trong điều hòa macrophage và miễn dịch. Khám phá cơ chế vận chuyển lipid mycobacterium qua exosomes đến tế bào lân cận.

Trường ĐH

University of Notre Dame

Chuyên ngành

Biological Sciences

Tác giả

Luan An

Thể loại

Dissertation

Năm xuất bản

Số trang

190

Thời gian đọc

29 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tóm tắt nội dung

I. Lipid Mycobacterium Điều Hòa Macrophage Như Thế Nào

Vi khuẩn mycobacterium gây bệnh lao và nhiều bệnh nguy hiểm khác. Chúng sống bên trong tế bào macrophage - loại tế bào miễn dịch chủ chốt. Lipid trên bề mặt mycobacterium đóng vai trò quyết định trong việc điều hòa chức năng macrophage. Các nghiên cứu cho thấy mycobacterial lipids có khả năng thay đổi hoàn toàn cách macrophage phản ứng với nhiễm trùng. Glycopeptidolipid (GPL) là một loại glycolipid quan trọng trên bề mặt vi khuẩn. GPL có tính kháng nguyên cao và ảnh hưởng mạnh đến hệ miễn dịch숙주. Khi thiếu GPL hoặc cấu trúc GPL bị thay đổi, vi khuẩn M. avium kích hoạt macrophage mạnh hơn. Điều này dẫn đến giảm độc lực của vi khuẩn trong mô hình chuột. Lipoarabinomannan (LAM) là một glycolipid khác ảnh hưởng đến macrophage polarization. Trehalose dimycolate (TDM), còn gọi là cord factor, kích thích phản ứng viêm mạnh. Phthiocerol dimycocerosate giúp vi khuẩn trốn tránh hệ miễn dịch. Các lipid này tương tác với nhiều receptor trên macrophage, thay đổi con đường tín hiệu nội bào.

1.1. Cơ Chế Tác Động Của Glycopeptidolipid

GPL là yếu tố độc lực quan trọng của M. avium. Các chủng vi khuẩn thiếu GPL tự nhiên hoặc bị biến đổi gen cho thấy khả năng gây bệnh giảm. GPL ảnh hưởng đến việc kích hoạt macrophage thông qua nhiều con đường. Khi GPL hiện diện đầy đủ, macrophage ít được kích hoạt hơn. Điều này giúp vi khuẩn sống sót tốt hơn trong tế bào chủ. Nghiên cứu sử dụng các chủng M. avium đột biến gen mtfD. Gen này mã hóa enzyme methyltransferase cần thiết cho tổng hợp GPL. Chủng đột biến không có GPL đặc hiệu theo serotype. Macrophage nhiễm chủng đột biến sản xuất cytokine viêm nhiều hơn.

1.2. GPL Điều Chỉnh Phản Ứng Miễn Dịch

GPL điều chỉnh phản ứng miễn dịch của숙주ở nhiều mức độ. Trong mô hình chuột, chủng thiếu GPL có độc lực giảm rõ rệt. Chuột nhiễm chủng đột biến sống sót tốt hơn và có ít tổn thương mô hơn. GPL ức chế con đường tín hiệu MAP kinase trong macrophage. MAP kinase signaling quan trọng cho sản xuất cytokine viêm. Khi GPL vắng mặt, MAP kinase được kích hoạt mạnh hơn. Điều này dẫn đến tăng sản xuất TNF-α, IL-6 và các cytokine khác. GPL cũng ảnh hưởng đến macrophage polarization, ngăn chặn sự chuyển đổi sang kiểu M1 macrophage có hoạt tính diệt khuẩn cao.

1.3. Vận Chuyển GPL Trong Macrophage

GPL được giải phóng từ phagosome chứa mycobacterium. Lipid này di chuyển đến các ngăn endocytic khác nhau trong tế bào. Multivesicular bodies (MVB) là điểm đến quan trọng của GPL. MVB chứa các túi nhỏ gọi là intraluminal vesicles. Các túi này sau đó được giải phóng ra ngoài tế bào dưới dạng exosome. Exosome mang theo GPL và các thành phần mycobacterial khác. Quá trình này cho phép truyền tín hiệu giữa các tế bào. Tế bào lân cận không bị nhiễm có thể nhận exosome chứa mycobacterial lipids. Đây là cơ chế mới của giao tiếp giữa các tế bào trong nhiễm trùng mycobacterium.

II. M1 Macrophage Và M2 Macrophage Trong Nhiễm Khuẩn

Macrophage có thể phân cực thành hai kiểu chính: M1 và M2. M1 macrophage có hoạt tính diệt khuẩn cao và sản xuất cytokine viêm. M2 macrophage liên quan đến quá trình sửa chữa mô và ức chế viêm. Mycobacterial lipids ảnh hưởng mạnh đến macrophage polarization. GPL và các lipid khác thường đẩy macrophage về kiểu M2. Điều này có lợi cho sự sống sót của vi khuẩn. M1 macrophage sản xuất reactive oxygen species và nitric oxide. Các phân tử này có khả năng tiêu diệt mycobacterium. M2 macrophage sản xuất cytokine chống viêm như IL-10. Chúng cũng biểu hiện arginase, cạnh tranh với iNOS về substrate. Sự cân bằng giữa M1 và M2 quyết định kết cục nhiễm trùng. Lipoarabinomannan từ M. tuberculosis có thể ức chế M1 polarization. Trehalose dimycolate ngược lại thường kích thích phản ứng kiểu M1.

2.1. Đặc Điểm M1 Macrophage

M1 macrophage được kích hoạt bởi IFN-γ và LPS. Chúng biểu hiện cao iNOS và sản xuất NO. M1 macrophage tiết nhiều TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-12. Các cytokine này thúc đẩy phản ứng viêm và miễn dịch Th1. M1 macrophage có khả năng trình diện kháng nguyên tốt. Chúng biểu hiện cao MHC class II và các phân tử đồng kích thích. M1 macrophage tiêu diệt vi khuẩn nội bào hiệu quả. Tuy nhiên, hoạt động quá mức có thể gây tổn thương mô. GPL-deficient mycobacterium kích thích M1 polarization mạnh hơn. Điều này giải thích tại sao chúng có độc lực thấp hơn.

2.2. Đặc Điểm M2 Macrophage

M2 macrophage được kích hoạt bởi IL-4, IL-13, IL-10. Chúng biểu hiện cao arginase-1 và các marker khác. M2 macrophage sản xuất cytokine chống viêm. Chúng tiết IL-10, TGF-β, giúp kiểm soát viêm. M2 macrophage thúc đẩy sửa chữa mô và tái tạo. Chúng sản xuất các yếu tố tăng trưởng và protein ngoại bào. M2 macrophage có hoạt tính diệt khuẩn thấp. Mycobacterium tận dụng điều này để sống sót lâu dài. GPL và LAM thúc đẩy M2 polarization. Điều này tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn phát triển.

2.3. Chuyển Đổi Giữa M1 Và M2

Macrophage có tính linh hoạt cao và có thể chuyển đổi kiểu. Chuyển đổi từ M1 sang M2 xảy ra khi viêm giảm dần. Ngược lại, M2 có thể chuyển sang M1 khi gặp tín hiệu viêm mới. Mycobacterial lipids can manipulate this plasticity. GPL ngăn chặn chuyển đổi sang M1 ngay cả khi có IFN-γ. Phthiocerol dimycocerosate cũng ức chế M1 activation. Cord factor (TDM) là ngoại lệ, thường kích thích M1. Sự cân bằng giữa các lipid khác nhau quyết định kết quả cuối cùng. Hiểu được cơ chế này mở ra hướng điều trị mới.

III. Lipoarabinomannan LAM Và Điều Hòa Miễn Dịch

Lipoarabinomannan là glycolipid phức tạp trên thành tế bào mycobacterium. LAM có cấu trúc gồm ba phần: lipid anchor, mannan backbone, và arabinan domain. Phần arabinan có thể được gắn thêm các nhóm mannose (ManLAM) hoặc phosphoinositol (PILAM). ManLAM từ M. tuberculosis có hoạt tính miễn dịch đặc biệt. LAM tương tác với nhiều receptor trên macrophage. Mannose receptor, DC-SIGN, TLR2 đều nhận diện LAM. Tùy thuộc vào receptor, LAM có thể kích thích hoặc ức chế miễn dịch. ManLAM thường ức chế phản ứng viêm và M1 activation. PILAM từ các loài không gây bệnh thường kích thích viêm nhiều hơn. LAM ảnh hưởng đến phagosome maturation trong macrophage. Nó ngăn chặn sự hợp nhất giữa phagosome và lysosome. Điều này giúp mycobacterium tránh bị tiêu diệt. LAM cũng điều chỉnh sản xuất cytokine và chemokine.

3.1. Cấu Trúc Và Phân Loại LAM

LAM có trọng lượng phân tử khoảng 17-20 kDa. Phần lipid anchor gắn vào màng tế bào mycobacterium. Mannan backbone tạo thành cột sống của phân tử. Arabinan chains gắn vào mannan tạo cấu trúc phân nhánh. ManLAM có mannose caps ở đầu arabinan chains. PILAM có phosphoinositol caps thay vì mannose. AraLAM không có caps, chỉ có arabinan tự do. Loại caps quyết định hoạt tính sinh học của LAM. ManLAM từ M. tuberculosis và M. avium rất quan trọng. Chúng có khả năng ức chế miễn dịch mạnh. PILAM từ M. smegmatis ít ức chế miễn dịch hơn.

3.2. LAM Tương Tác Với Receptor

Mannose receptor (MR) nhận diện mannose caps trên ManLAM. Tương tác này thường dẫn đến ức chế miễn dịch. DC-SIGN cũng liên kết với ManLAM qua mannose residues. DC-SIGN signaling có thể ức chế IL-12 và thúc đẩy IL-10. TLR2 nhận diện phần lipid và một số vùng trên LAM. TLR2 activation thường kích thích phản ứng viêm. Complement receptor 3 (CR3) cũng tương tác với LAM. CR3-mediated uptake không kích hoạt macrophage mạnh. Sự cạnh tranh giữa các receptor quyết định kết quả cuối cùng. Tỷ lệ các receptor trên macrophage ảnh hưởng đến phản ứng.

3.3. LAM Ức Chế Phagosome Maturation

Phagosome maturation là quá trình quan trọng để tiêu diệt vi khuẩn. Phagosome thường hợp nhất với lysosome tạo phagolysosome. Phagolysosome có pH thấp và nhiều enzyme tiêu hóa. ManLAM ngăn chặn quá trình maturation này. LAM ức chế recruitment của EEA1 lên phagosome. EEA1 cần thiết cho fusion giữa các endosome. LAM cũng ngăn chặn acquisition của lysosomal markers. V-ATPase và cathepsin D ít được recruit đến phagosome chứa mycobacterium. Cơ chế liên quan đến can thiệp vào calcium signaling. LAM cũng ảnh hưởng đến phosphoinositide metabolism trên phagosome membrane.

IV. Trehalose Dimycolate TDM Cord Factor Độc Lực

Trehalose dimycolate là glycolipid quan trọng nhất trên thành tế bào mycobacterium. TDM còn được gọi là cord factor vì gây hiện tượng vi khuẩn mọc thành dây. TDM chiếm khoảng 10-15% tổng lipid trên bề mặt M. tuberculosis. Phân tử gồm hai mycolic acid gắn với disaccharide trehalose. TDM có hoạt tính sinh học mạnh và đa dạng. Nó kích thích phản ứng viêm cấp tính trong động vật. TDM gây tổn thương phổi và hình thành granuloma. Cord factor được nhận diện bởi receptor Mincle trên macrophage. Mincle là C-type lectin receptor kích hoạt Syk-Card9 pathway. TDM activation dẫn đến sản xuất cytokine viêm mạnh. TNF-α, IL-1β, IL-6 được tiết ra nhiều. TDM cũng kích hoạt NLRP3 inflammasome trong macrophage. Điều này dẫn đến xử lý và tiết IL-1β trưởng thành.

4.1. Cấu Trúc Và Tính Chất TDM

TDM có cấu trúc đối xứng với hai mycolic acid chains. Mỗi mycolic acid dài 60-90 carbon atoms. Mycolic acids gắn vào hai vị trí hydroxyl của trehalose. Trehalose là disaccharide gồm hai glucose liên kết α,α-1,1. TDM có tính kỵ nước cao do mycolic acid chains dài. Phân tử tập hợp thành micelles hoặc bilayers trong nước. TDM tồn tại ở lớp ngoài cùng của thành tế bào. Một phần TDM được giải phóng ra môi trường xung quanh. TDM tự do có thể xâm nhập vào màng tế bào chủ. Điều này ảnh hưởng đến chức năng màng và signaling.

4.2. TDM Kích Hoạt Mincle Receptor

Mincle (Macrophage-inducible C-type lectin) là receptor chính của TDM. Mincle nhận diện phần trehalose của TDM. Receptor này cặp với FcRγ chain để truyền tín hiệu. Mincle-FcRγ activation kích hoạt Syk kinase. Syk phosphorylates Card9, tạo phức hợp Card9-Bcl10-Malt1. Phức hợp này kích hoạt NF-κB và MAP kinases. NF-κB translocation vào nhân kích thích phiên mã cytokine. TNF-α, IL-6, IL-1β genes được bật lên. Mincle expression tăng lên sau khi tiếp xúc với TDM. Đây là vòng phản hồi dương tăng cường phản ứng viêm.

4.3. TDM Và Hình Thành Granuloma

Granuloma là cấu trúc mô đặc trưng của nhiễm mycobacterium. TDM đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành granuloma. TDM kích thích recruitment của macrophage và các tế bào miễn dịch. Cytokine và chemokine được sản xuất thu hút thêm tế bào. Macrophage tập hợp và biệt hóa thành epithelioid cells. Các tế bào này hợp nhất tạo giant cells đa nhân. Lymphocytes tạo vòng ngoài quanh khối macrophage. TDM cũng kích thích fibroblast sản xuất collagen. Collagen bao quanh granuloma tạo vỏ xơ. Granuloma giới hạn lan rộng của vi khuẩn nhưng cũng bảo vệ chúng khỏi miễn dịch.

V. Phthiocerol Dimycocerosate Và Thoát Miễn Dịch

Phthiocerol dimycocerosate (PDIM) là lipid độc lực quan trọng của mycobacterium gây bệnh. PDIM có cấu trúc phức tạp với phthiocerol backbone và mycocerosic acid chains. Lipid này chỉ có ở các loài mycobacterium gây bệnh mạnh. M. tuberculosis, M. bovis, M. leprae đều chứa PDIM. Các loài không gây bệnh như M. smegmatis thiếu PDIM. PDIM đóng vai trò trong giai đoạn đầu nhiễm trùng. Nó giúp mycobacterium xâm nhập vào macrophage hiệu quả hơn. PDIM can thiệp vào phagosome membrane integrity. Lipid này gây rò rỉ phagosome membrane nhẹ. Điều này cho phép một số thành phần mycobacterial tiếp cận cytosol. PDIM cũng ức chế sản xuất cytokine viêm. Macrophage nhiễm vi khuẩn có PDIM sản xuất ít TNF-α và IL-12 hơn. PDIM ngăn chặn apoptosis của macrophage bị nhiễm.

5.1. Sinh Tổng Hợp PDIM

PDIM được tổng hợp bởi các gen trong pps và mas loci. Pps genes mã hóa polyketide synthases tạo phthiocerol. Mas genes mã hóa mycocerosic acid synthases. FadD28 và FadD26 là acyl-AMP ligases cần thiết. PapA5 là acyltransferase gắn mycocerosic acids vào phthiocerol. Đột biến bất kỳ gen nào cũng dẫn đến mất PDIM. Các chủng đột biến này có độc lực giảm rõ rệt. Trong mô hình chuột, chúng không thể nhân lên tốt trong phổi. PDIM synthesis được điều hòa bởi nhiều yếu tố. PhoP-PhoR two-component system điều chỉnh pps expression.

5.2. PDIM Và Xâm Nhập Tế Bào

PDIM tăng cường khả năng xâm nhập macrophage của mycobacterium. Các chủng thiếu PDIM xâm nhập kém hơn đáng kể. PDIM tương tác với màng tế bào chủ trong quá trình phagocytosis. Lipid này có thể thay đổi cấu trúc màng locally. PDIM làm tăng membrane fluidity tại vị trí tiếp xúc. Điều này tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập dễ dàng hơn. PDIM cũng ảnh hưởng đến receptor-mediated uptake. Nó có thể che phủ các PAMP khác trên bề mặt vi khuẩn. Điều này giảm nhận diện bởi pattern recognition receptors. Kết quả là macrophage activation thấp hơn ngay từ đầu.

5.3. PDIM Gây Tổn Thương Phagosome

PDIM can thiệp vào tính toàn vẹn của phagosome membrane. Lipid này chèn vào lipid bilayer của phagosome. PDIM gây rối loạn cấu trúc màng cục bộ. Điều này tạo ra các vùng thấm nhẹ trên phagosome. Một số phân tử nhỏ có thể rò rỉ qua các vùng này. Mycobacterial components như DNA có thể tiếp cận cytosol. Cytosolic DNA sensors như cGAS-STING được kích hoạt. Tuy nhiên, PDIM cũng ức chế downstream signaling. Kết quả cuối cùng là phản ứng interferon bị kiểm soát. PDIM không gây vỡ hoàn toàn phagosome như Listeria. Thay vào đó, nó tạo môi trường trung gian thuận lợi cho vi khuẩn.

VI. Exosome Vận Chuyển Mycobacterial Lipids

Exosome là các túi nhỏ ngoại bào có đường kính 30-100 nm. Chúng được hình thành trong multivesicular bodies (MVB) của tế bào. MVB chứa intraluminal vesicles (ILV) hình thành bằng cách màng MVB uốn vào trong. Khi MVB hợp nhất với màng tế bào, ILV được giải phóng thành exosome. Macrophage bị nhiễm mycobacterium tiết exosome chứa mycobacterial components. GPL, LAM và các lipid khác được tìm thấy trong exosome này. Exosome vận chuyển các lipid này đến tế bào lân cận. Tế bào không bị nhiễm có thể nhận và phản ứng với exosome. Đây là cơ chế giao tiếp intercellular mới trong nhiễm trùng. Exosome chứa mycobacterial lipids kích thích phản ứng viêm. Macrophage nhận exosome sản xuất TNF-α, IL-6, IL-12. Quá trình này xảy ra cả in vitro và in vivo. Exosome có thể lan truyền tín hiệu xa hơn vị trí nhiễm trùng.

6.1. Sinh Tạo Exosome Trong Macrophage

Exosome biogenesis bắt đầu từ early endosome. Early endosome trưởng thành thành late endosome/MVB. Màng MVB uốn vào trong tạo intraluminal vesicles. ESCRT machinery (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) điều khiển quá trình này. ESCRT-0, I, II, III complexes hoạt động tuần tự. Các protein và lipid được chọn lọc vào ILV. Tetraspanins như CD63, CD81, CD9 phong phú trong exosome. MVB có thể hợp nhất với lysosome để degradation. Hoặc MVB hợp nhất với plasma membrane để giải phóng exosome. Rab GTPases điều khiển trafficking của MVB. Rab27a và Rab27b quan trọng cho exosome secretion.

6.2. Mycobacterial Lipids Trong Exosome

Nghiên cứu cho thấy GPL được vận chuyển từ phagosome đến MVB. Imaging cho thấy GPL colocalize với CD63-positive MVB. LAM cũng được tìm thấy trong exosome từ macrophage bị nhiễm. Lipidomic analysis xác nhận sự hiện diện của mycolic acids. Các lipid này không chỉ là contamination từ vi khuẩn chết. Chúng được đóng gói có chọn lọc vào exosome. Cơ chế sorting mycobacterial lipids vào exosome chưa rõ hoàn toàn. Có thể liên quan đến lipid rafts trên MVB membrane. Exosome từ macrophage nhiễm M. tuberculosis và M. bovis BCG đều chứa lipid. Lượng lipid trong exosome tương quan với bacterial load.

6.3. Exosome Kích Hoạt Bystander Cells

Exosome chứa mycobacterial components kích hoạt macrophage chưa bị nhiễm. Bystander macrophages sản xuất cytokine viêm khi nhận exosome. TNF-α, IL-6, IL-12 được tiết ra trong vài giờ. Exosome có thể kích hoạt NF-κB và MAP kinase pathways. TLR2 có thể nhận diện mycobacterial lipids trên exosome. Exosome cũng được dendritic cells và các tế bào khác nhận. Trong mô hình chuột, exosome inject vào phổi gây viêm. Recruitment của neutrophil và macrophage tăng lên. Exosome có thể lan truyền immune activation xa vị trí nhiễm trùng. Đây là con dao hai lưỡi: giúp kiểm soát nhiễm trùng nhưng cũng gây tổn thương mô.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ: Modulation of macrophage biology and host immune response by mycobacterial lipids

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (190 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

MODULATION OF MACROPHAGE BIOLOGY AND HOST IMMUNE RESPONSE BY MYCOBACTERIAL LIPIDS A Dissertation Submitted to the Graduate School of the University of Notre Dame in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy by Sanchita Bhatnagar, M. Schorey, Director Graduate Program in Biological Sciences Notre Dame, Indiana November 2006 UMI Number: 3243285 UMI Microform 3243285 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.

ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 MODULATION OF MACROPHGAE BIOLOGY AND HOST IMMUNE RESPONSE BY MYCOBACTERIAL LIPIDS Abstract By Sanchita Bhatnagar Members of the Mycobacterium genus present a serious health threat which account for significant morbidity and mortality in humans and other species. Many pathogenic mycobacterial species maintain an intracellular life style within macrophages serving as the primary host cell. The mycobacterium’s ability to modulate the macrophage function requires the expression of specific mycobacterial surface components.

Moreover, a number of studies have shown that various mycobacterial surface components can promote macrophage activation. This dissertation aims to define the role of glycopeptidolipids (GPL), which are highly antigenic glycolipids, in the immune-modulation of the host and thus establish its function as an important virulence factor. To address the role of GPL as a virulence factor, we utilized M. avium strains either naturally lacking GPL expression or genetically altered to express modified GPL.

Our studies showed that the loss of GPL or altering its structure leads to an M. avium Sanchita Bhatnagar strain which induces increased macrophage activation compared to GPL sufficient M. Additional analysis showed attenuated virulence of GPL- deficient/modified M. avium strains in a mouse infection model.

To further understand the mechanism of action of GPL, we investigated the trafficking of GPL in primary macrophages infected with M. Our studies revealed significant release and trafficking of GPL from the mycobacteria containing phagosome to a distinct endocytic compartment called the multivesicular bodies (MVB). Additional analysis showed that mycobacterial components including GPL are trafficked outside the infected cells on “exosomes”. Further, we determined that exosomes purified from the culture supernatants of macrophages infected with M.

tuberculosis H37Rv or M. bovis BCG stimulate a pro-inflammatory response in uninfected macrophages. Our studies are first to establish GPL’s importance as a virulence factor in the M. The data demonstrate a significant shedding of glycopeptidolipids in M.

avium infected macrophages and its transport to the neighboring “bystander cells”. This transport of mycobacterial components occur through release of exosomes extracellularly which can also act to stimulate uninfected macrophages both in vitro and in vivo. Together, our studies put forward a novel mechanism of intercellular communication mediated by exosomes which can carry mycobacterial components to neighboring cells. DEDICATION For my loving husband, Jogender Singh Tushir and my parents, Satish and Sunita Bhatnagar, my little sister Anchita.

With great admiration and thanks. ii CONTENTS FIGURES…………………………………………………………………………….xii CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.2 Classification of mycobacteria…………………………………………….3 Mycobacterial cell wall…………………………………………………………6 1.4 Biology of macrophages…………………………………….5 Mycobacterial entry in macrophage………………….6 Mycobacterial invasion of macrophage……………………………………….7 Mycobacterial lifestyle inside macrophages………………………………….8 Immunity to mycobacteria…………………………………………………….9 Trafficking of Mycobacterial lipids……………………………………………24 1.10 Macrophage endocytic pathway……………………………………………….25 CHAPTER 2: Mycobacterium avium 104 deleted of the methyltransferase D gene by allelic replacement lacks serotype-specific glycopeptidolipids and shows attenuated virulence in mice.2 Materials and Methods…………………………………………………………36 2.1 Bacterial strains and growth conditions……….2 Gene exchange by homologous recombination.3 BMMΦ isolation and culture………………………………………………….5 Cytokine profile of macrophages infected with M.6 In vivo mycobacterial infections…………………………………………….1 Disruption of the M. avium 104 mtfD gene by homologous recombination………………………………………………………………….2 In vitro macrophage infections with WT, mtfD mutant and complemented M.3 Mouse infections with the WT, mtfD mutant and complemented M.49 CHAPTER 3: Elevated MAP kinase signaling and increased macrophage activation in cells infected with a glycopeptidolipid-deficient Mycobacterium avium.2 Materials and Methods……………………………………….1 BMMΦ isolation and culture………………………….3 Preparation of surface-exposed material from M.4 Extraction and purification of GPLs………………………………………….6 Western blot analysis……………………………….8 Chemokine/Cytokine profile of macrophages infected with M.9 Bacterial killing assay……………………………….1 Differential activation of the MAPK in macrophages infected with Rg and SmT M.2 Calmodulin kinase is upstream of ERK1/2 MAPK in the macrophages infected with M.3 MAPK activation is differentially required for TNF-α production in macrophages infected with Rg compared to SmO and SmT M.4 TNF-α production is NF-κB dependent…………….5 Differential activation profile for BMMΦs following infection with Rg and SmT M.6 The Rg 2151 is killed by BMMΦs…………………………………………….75 CHAPTER 4: Release and trafficking of glycopeptidolipids in macrophages infected with M.2 Materials and Methods…………………………………….1 BMMφ isolation and culture……………………….4 Antibodies and immunofluorescence staining…….5 Thin layer chromatography immunostaining…….7 Isolation of exosomes…………………………….8 Sucrose density gradient centrifugation…………….9 Labeling with N-Rh-PE………………………….10 Analysis of un-infected bystander cells………….11 Coupling of exosomes to latex beads…………….12 Flow cytometric analysis of exosomes…………….13 Macrophage infection with exosomes…………….1 Glycopeptidolipid trafficking in M. avium 2151 infected macrophages.2 Intracellular sorting of released glycopeptidolipids………………………….3 Rab11 is transiently associated with GPL positive MVBs…………………….4 Role of exosomes in intercellular communication…………………………….5 Macrophage activation by the exosomes from mycobacteria infected macrophages………….6 TNF-α production is toll-like receptor dependent…………………………….7 Exosome stimulatory activity is not dependent on GPLs…………………….…………………………………………………………………110 CHAPTER 5: Macrophage activation by exosomes isolated from mycobacteria infected macrophages.2 Materials and Methods……………………………………………………….1 BMMφ isolation and culture……………………………………………….5 Isolation of exosomes…………………………………………………………121 5.6 Sucrose density gradient centrifugation…………………………………….7 Coupling of exosomes to latex beads……………………………….8 Flow cytometric analysis of exosomes……………………………….9 Macrophage infection with exosomes……………………………………….11 Western blot analysis………………………………….1 Exosomes isolated from mycobacteria infected cells induce pro-inflammatory response in non-infected macrophages…………………………………….2 Toll-like receptor dependent production of TNF-α in exosomes treated cells………………………………………………………………………….3 Exosomes from activated macrophages are not enough to induce pro-inflammatory response……………………………………………………132 5.4 Activated exosomes from other intracellular pathogen……………………….5 In vivo induction of pro-inflammatory response by the mycobacterial exosomes………………………….140 CHAPTER 6: Summary and future perspectives…………………………………….1 Mycobacterial species known to cause human disease……………….2 A chemical model of the mycobacterial cell wall……….3 List of some common mycobacterial lipids present on mycobacterial cell wall……………………………………………….4 Structure of glycopeptidolipids……………………………………….5 Different serovars showing oligosaccharides attached to the core structure of GPLs…………………………………………….6 List of pattern recognition receptors and some of their respective pathogen associated molecular patterns……………………19 Figure 1.7 Schematic of formation of MVB and its subsequent fate in the cell…………………………………………………………….1 Schematic organization of the mtfD disruption construct…………….2 BMMΦs infected with M.

avium mtfD mutant show increased production of TNF-α and RANTES compared to BMMΦs infected with M. avium 104 WT or mtfD mutant complemented with intact mtfD…………………………………….3 Bacterial loads in the livers or spleens or lungs following an infection of 129/Sv mice with M. avium104 WT, mtfD deficient mutant or mtfD complemented mutant……………………………….4 Cytokine profile in lung homogenates of mice infected with M. avium104 WT, mtfD deficient mutant or mtfD complemented mutant…………………………………………………………………48 Figure 3.1 MAPK activation upon infection of murine bone-marrow derived macrophages with M.

avium 2151 isogenic strains……………………63 vi Figure 3.2 Calmodulin Kinase activity is required for ERK1/2 activation in both Rg 2151 and SmT 2151 infected macrophages………………….3 Differential requirement for MAPK activation in TNF-α production by macrophages infected with Rg or SmT 2151……….4 TNF-α production by macrophages infected with SmO M. avium 2151 is dependent on p38 and ERK 1/2 activation…………….5 TNFα production by macrophages infected with either Rg or SmT M. avium 2151 is dependent on NF-κB activation……………….6 Macrophage produce more inflammatory mediators upon infection with Rg M. avium 2151 compared to SmT 2151 infected cells………………………………………………………………….7 RANTES and IL-6 production by Rg M.

avium 2151 infected macrophages is dependent on p38 but not ERK activation…….8 Killing of Rg M. avium 2151 by Balb/c bone marrow-derived macrophages………………………………………………………….9 Schematic illustration of the signal pathways activated in bone marrow-derived macrophages upon infection with Rg or SmT M.1 Intracellular trafficking of glycopeptidolipids in macrophages infected with Mycobacterium avium serovar 2……………………….2 Comparison of staining pattern of lipoarabinomannan (LAM) and glycopeptidolipids in macrophages infected with M.3 Glycopeptidolipids localizes to multi-vesicular bodies in Mycobacterium avium 2151 infected macrophages…………….4 Rab11 co localizes with the GPL loaded vesicles at later times…….5 Trafficking of mycobacterial components outside the infected cells via exosomes……………………………………………………103 Figure 4. avium 2151 infected macrophages induce a pro-inflammatory response in primary macrophages but not entirely dependent on GPL…………………………………….7 TNF-α production by macrophages infected with exosomes from M. avium 2151 SmT morphotype is dependent on toll-like receptor……………………………………………………………….8 Balb/c BMMΦs were infected with exosomes from SmT Rg morphotype of M.1 Characterization of exosomes isolated from non-infected, M.

bovis BCG-infected and M. tuberculosis H37Rv-infected J774 cells…….2 Exosomes isolated from M. bovis BCG and M. tuberculosis H37Rv infected THP-1 induce a pro-inflammatory response in human macrophages………………………………………………….3 TLR dependent TNF-α induced by exosomes isolated from mycobacterial infected cells………………………………………….4 Macrophage activation by exosomes derived from THP-1 macrophage activated with LPS (200ng/ml) or infected with heat- inactivated M.

bovis BCG (HI-BCG) or Salmonella typhimurium SL1344…………………………………………………………………135 Figure 5.5 Mycobacterial exosomes induced pro-inflammatory response in the lungs of Balb/c mice…………………….1 Schematic illustration of the signal pathways activated in bone marrow-derived macrophages upon infection with Rg or SmT M.154 viii ABBREVIATIONS Ab: Antibody AraLAM: Arabinofuranosyl-terminated LAM BCA: Bicinchoninic acid assay BCG: Mycobacterium bovis bacillus-Calmette Guerin BMMΦ: Bone marrow derived macrophages C: Celsius CaM: Calmodulin CAPE: Caffeic Acid Phenylethyl Ester CFU: Colony forming unit CaMK: Ca2+- calmodulin dependent protein kinase DC-SIGN: Dendritic cell-specific ICAM-grabbing non-integrin DMSO: Dimethyl sulfoxide DMEM: Dulbecco’s modified eagle’s medium ECL: Enhanced chemilumnescence ELISA: Enzyme-linked immunosorbent assay ERK1/2: Extracellular signal-regulated kinase1/2 EM: Electron microscopy FITC: Fluorescein isothiocyanate ix FBS: Fetal bovine serum GM-CSF: Granulocyte-macrophages colony stimulating factor GPL: Glycopeptidolipid HIV: Human immunodeficiency virus ICAM: Intracellular adhesion molecule IgG: Immunoglobulin G IFN-γ: Interferon gamma ILV: Intra-luminal vesicles iNOS: Inducible nitric oxide synthase 2 LAM: Lipoarabinomannan LAMP1: Lysosome associated membrane protein 1 LAMP2: Lysosome associated membrane protein 2 LPS: Lipopolysaccharide MAC: Mycobacterium avium complex ManLAM: Mannosylated-lipoarabinomannan MAPK: Mitogen activated protein kinase mAb: Monoclonal antibody MR: Mannose receptor mtfD: Methyl transferase D MVB: Multi-vesicular body NF-κB: Nuclear factor kappa B nsGPL: non-serovar specific glycopeptidolipids OADC: Oleic acid, dextrose, catalase x PAMP: Pathogen associated molecular pattern PBS: Phosphate-buffered saline PD98059: MEK1/2 specific inhibitor PILAM: Phosphoinositide-capped lipoarabinomannan PIM: Phosphatidylinositol mannoside PMA: Phorbol 12-myristate 13-acetate RC: Resting Cell Rg: Rough RNI: Reactive nitrogen intermediates SB203580: p38 specific inhibitor SD: Standard deviation SDS: Sodium dodecyl sulfate TC: Tissue culture grade TH: T helper cells TNF-α: Tumor necrosis factor-alpha TLR: Toll like receptor PRR: Pattern recognition receptor ssGPL: serovar specific glycopeptidolipids SmT: Smooth transparent SmO: Smooth opaque WT: Wild type xi ACKNOWLEDGMENTS First, I would like to thank my advisor Dr. Jeff Schorey for his help and guidance throughout my project. He has been a great mentor these past 4 years and I am thankful for the opportunity to have worked with him. I appreciate Jeff’s scientific enthusiasm and his creative ideas.

I am forever grateful to Jeff for being supportive of my project and letting me follow my whims. Many thanks to my thesis committee members, Dr Crislyn D’Souza-Schorey, Dr Holly Goodson and Dr Mary Ann Mcdowell for their guidance, advice and tremendous support along the way. It has been a pleasure for me to get to know you all and I thank you for your valuable insights that helped me put together this thesis. I will also like to thank the present and past members of the Schorey lab for their cooperation and providing exciting working environment in the lab.

I will also like to acknowledge Crislyn D’Souza lab members for their help and insightful discussions. Special thanks to Severson lab and Mary Ann McDowell lab for providing many reagents and the equipment. Finally, I will like to thank my loving husband, Jogi for his help and support. He has been a great inspiration for me and was the only reason of my pursuing the PhD.

He has been my biggest critic and his advice has always helped me to move ahead. I want to thank you for being with me at every step and helping me in everything. He has taught xii me to be strong and gave me strength to overcome some of the hard times in the life. I will also like to thank my parents, who believed in me and supported my every decision in life.

I would not have been here without the support of my younger sister, Anchita who is the joy of our life.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Từ khóa và chủ đề nghiên cứu


Câu hỏi thường gặp

Luận án "Điều hòa sinh học macrophage bằng lipid mycobacterium" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò glycopeptidolipids trong điều hòa macrophage và miễn dịch. Khám phá cơ chế vận chuyển lipid mycobacterium qua exosomes đến tế bào lân cận.

Luận án "Điều hòa sinh học macrophage bằng lipid mycobacterium" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại University of Notre Dame. Năm bảo vệ: 2006.

Luận án "Điều hòa sinh học macrophage bằng lipid mycobacterium" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Điều hòa sinh học macrophage bằng lipid mycobacterium" thuộc chuyên ngành Biological Sciences. Danh mục: Sinh Học Phân Tử Tế Bào.

Luận án "Điều hòa sinh học macrophage bằng lipid mycobacterium" có bao nhiêu trang?

Luận án "Điều hòa sinh học macrophage bằng lipid mycobacterium" có 190 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Điều hòa sinh học macrophage bằng lipid mycobacterium" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter