Ανάλυση του βιολογικού ρόλου των MAP-κινασών σε διαγονιδιακά μοντέλα φλεγμονωδών και αυτοάνοσων ασθενειών του ανθρώπου

Abstract

TGFβ-activated kinase 1 (ΤΑΚ1), a member of the MAPK kinase kinase (MAP3K) family, is considered a key intermediate in a multitude of innate immune signaling pathways. Yet, the specific role of TAK1 in the myeloid compartment during inflammatory challenges has not been revealed. To address this question we generated myeloid-specific kinase-dead TAK1 mutant mice (Map3k7Δmyel). The mice develop normally and do not have any obvious hematopoietic defects. At a cellular level, myeloid-specific TAK1 deficiency leads to an enhanced inflammatory cytokine profile of macrophages and neutrophils in response to LPS stimulation. In line with this, mice deficient in myeloid TAK1 exhibit increased levels of circulating IL-1β, TNF and reduced IL-10 after LPS challenge, and are highly sensitive to LPS-induced endotoxemia. Next, we adopted a model of septic peritonitis to study the production and trafficking of macrophages and neutrophils to the peritoneal cavity, which represents the site of inflammation. We observed normal production and trafficking of neutrophils at 4h after the induction of peritonitis in the Map3k7Δmyel mice. However at 72h, normally the peak of F4/80⁺CD11b⁺Grl⁻ macrophage recruitment, Map3k7Δmyel, mice show an altered, more inflammatory cell profile characterized by the highly inflammatory F4/80⁺CD11b⁺Grl⁺ macrophages and by CD11b⁺Gr1hi neutrophils. To assess the role of TAK1 in chronic inflammatory conditions, we study the effect of myeloid-specific TAK1 deficiency, in mice with chronic TNF-induced arthritis (TnfΔARE/+ mice). For this, we crossed TnfΔARE/+ mice with Map3k7Δmyel mice in order to generate double knockout mice. TnfΔARE/+ Map3k7Δmyel mice show a dramatic exacerbation in arthritis, revealing an anti-inflammatory role for myeloid TAK1. Taken together, these results demonstrate an anti-inflammatory role for myeloid TAK1 which is essential for balanced innate immune responses and inflammatory homeostasis.

Η TGFβ-επαγόμενη κινάση 1 (TGFβ-activated kinase 1, ΤΑΚ1) αποτελεί μέλος της οικογένειας των ΜΑΡΚ κινασών κινασών (ΜΑΡ3Κ) και θεωρείται βασικός διαμεσολαβητής πολυάριθμων σηματοδοτικών μονοπατιών της φυσικής ανοσίας. Εντούτοις, ο ρόλος της ΤΑΚ1 εξειδικευμένα σε κύτταρα της μυελώδους σειράς δεν έχει αποκαλυφθεί ακόμη. Προκειμένου να προσεγγίσουμε το ερώτημα αυτό, κατασκευάσαμε ποντικούς που φέρουν 'υπό όρους' τροποποιήσεις στο γονίδιο Map3k7 που εκφράζει την ΤΑΚ1, ώστε να παράγεται μια ανενεργή μορφή της κινάσης ΤΑΚ1 εξειδικευμένα στα κύτταρα της μυελώδους σειράς. Οι ποντικοί Map3k7Δmeyl, που στερούνται ενεργής ΤΑΚ1 στα μακροφάγα και τα ουδετερόφιλα, παρουσιάζουν κανονική ανάπτυξη χωρίς εμφανείς ανωμαλίες στο αιμοποιητικό τους σύστημα. Στη συνέχεια εστιάσαμε στη μελέτη του ρόλου της ΤΑΚ1 κατά τις φλεγμονώδεις αποκρίσεις. Σε κυτταρικό επίπεδο, ανάλυση του προφίλ παραγωγής κυτταροκινών μετά από ενεργοποίηση με λιποπολυσακχαρίτη (LPS), έδειξε ένα υπερφλεγμονώδες προφίλ στα μακροφάγα και τα ουδετερόφιλα που στερούνται ενεργής ΤΑΚ1. Αντίστοιχα, οι Map3k7Δmyel ποντικοί παρουσιάζουν αυξημένα επίπεδα IL-1β, TNF και μειωμένη IL-10 στον ορό μετά από χορήγηση LPS και είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι σε LPS-επαγόμενη ενδοτοξιναιμία. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο ασηπτικής περιτονίτιδας για να μελετήσουμε την επαγωγή κυττάρων στο σημείο της φλεγμονής, την περιτοναϊκή κοιλότητα. Παρατηρήθηκε κανονική παραγωγή και διακίνηση των ουδετερόφιλων 4 ώρες μετά από την επαγωγή της περιτονίτιδας στους Map3k7Δmyel ποντικούς. Εντούτοις στις 72 ώρες που είναι η κορύφωση της στρατολόγησης τωνF4/80⁺CD11b⁺Grl⁻ μακροφάγων, οι Map3k7Δmyel ποντικοί παρουσιάζουν διαφορετικό κυτταρικό προφίλ στην περιτοναϊκή κοιλότητα που χαρακτηρίζεται από τα ιδιαίτερα φλεγμονώδη F4/80⁺CD11b⁺Grl⁺ μακροφάγα και από CD11b⁺Gr1hi ουδετερόφιλα. Προκειμένου να διαπιστωθεί αν η ΤΑΚ1 που προέρχεται από κύτταρα της μυελώδους σειράς παίζει κάποιο ρόλο σε καταστάσεις χρόνιας φλεγμονής, μελετήθηκε η επίδραση της απουσίας της ΤΑΚ1 σε ποντικούς που πάσχουν από χρόνια TNF-επαγόμενη αρθρίτιδα (TnfΔARE/+ ποντικοί). Διασταυρώθηκαν TnfΔARE/+ ποντικοί, με Map3k7Δmyel ποντικούς με σκοπό τη δημιουργία διπλών διαγονιδιακών ποντικών. Οι TnfΔARE/+ Map3k7Δmyel ποντικοί παρουσιάζουν επιδείνωση του αρθριτικού φαινοτύπου αναδεικνύοντας ένα προστατευτικό ρόλο για την ΤΑΚ1 στην TNF-επαγόμενη αρθρίτιδα. Τα αποτελέσματα αυτά αναδεικνύουν έναν αντιφλεγμονώδη ρόλο για την ΤΑΚ1 στα κύτταρα της μυελώδους σειράς, που λειτουργεί ως αναπόσπαστος παράγοντας για την ισορροπημένη μη ειδική ανοσολογική απόκριση και την επιβίωση του ξενιστή κατά την ενδοτοξιναιμία, καθώς και για την επιβράδυνση της TNF-επαγόμενης αρθρίτιδας.