Το δίκτυο σήμανσης των οστικών πρωτεϊνών στο περιφερικό ανοσοποιητικό σύστημα

Abstract

Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) are a group of secreted signaling proteins. BMPs are members of the Transforming Growth Factor – β (TGF-β) superfamily and are directly involved in the maintenance of tissue homeostatis. BMP signaling is highly regulated at the extracellular space by several BMP modulators (antagonists). Factors such as Noggin, Chordin, Gremlin and Twisted Gastrulation (TWSG1) fine-tune BMP signaling by regulating their capability to bind to their receptors.The aims of this work were the identification of the BMP family members which act on cells of the immune system and the characterization of potential phenotypes that arise from the cell-specific deletion of various BMPs antagonists in gene targeted mice. Based on the findings an attempt will be made to identify and characterize potential BMP signaling networks that affect lymphocyte physiology. With the use of transgenic gene reporter mice in combination with immunohistochemistry techniques, the presence of several BMP members in tissues of the peripheral immune system was mapped. Thereby the expression of BMPs (including BMPs, BMP antagonists and receptors) by dendritic cells, macrophages and B lymphocytes was observed. The expression of BMPs was dynamically regulated depending on the cell’s activation status. Based on above findings, the antagonists Gremlin and TWSG1 were selected for further study and were deleted in dendritic cells and B cell respectively. Deletion of Gremlin from dendritic cells resulted in a numerical reduction of myeloid dendritic cells in vivo and also in reduced expression levels of activation/antigen presentation makers MHC-II, CD40 and CD86 in these cells in vitro. Absence of TWSG1 from B cells has different effects. IgM affinity maturation after immunization with a thymus dependent antigen was reduced. In thymus independent responses, Ig production was increased, in part the consequence (of increased numbers of antigen specific IgM secreting cells. In vitro, TWSG1 deficient B cells were hyperproliferative, overexpressed the activation markers CD25 and CD69 and secreted more IgG3 after stimulation, compared to wt cells. Furthermore they overexpressed ¬bcl-6, pax5 and the BMP target gene id2. Phosphorylation of Smad1/5/8 in activated B cells and the presence of BMP2 in regions of the murine spleen, where B cells are activated and differentiate indicated the presence of BMP signaling networks that operate at various stages of immune responses. In summary, the findings demonstrate that various members of the BMP family are present in peripheral lymphoid tissues and describe the potential roles of BMP signalling in immune responses. Finally, they add to the understanding of the complex mechanisms that regulate immune functio

Οι οστικές μορφογενετικές πρωτεΐνες (BMPs) είναι μία οικογένεια εκκρινόμενων πρωτεϊνών μεταγωγής σήματος. Είναι μέλη της υπεροικογένειας του μεταμορφωτικού αυξητικού παράγοντα-βήτα (TGF-β) και είναι άμεσα εμπλεκόμενες σε μηχανισμούς διατήρησης της ομοιόστασης. Η οδός μεταγωγής σήματος των ΒΜΡs είναι αυστηρά ρυθμιζόμενη στον εξωκυττάριο χώρο από διάφορους εκκρινόμενους ρυθμιστές (ανταγωνιστές) των ΒΜΡs. Παράγοντες όπως οι πρωτεΐνες Noggin, Chordin, Gremlin και Twisted Gastrulation (TWSG1) διαμορφώνουν τη διαβάθμιση της δράσης των ΒΜΡs, ρυθμίζοντας με αυτό τον τρόπο την ικανότητα τους να συνδέονται με τους υποδοχείς τους. Οι στόχοι της παρούσας ερευνητικής εργασίας ήταν η αναγνώριση μελών της BMP οικογένειας που επιδρούν/συσχετίζονται με κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος και ο χαρακτηρισμός πιθανών φαινοτύπων που θα προκύπτουν από την ιστοειδική απαλοιφή διαφόρων ρυθμιστών της ΒΜΡ οδού μεταγωγής σήματος σε ποντικούς.Με τη χρησιμοποίηση διαγονιδιακών ποντικών αναφοράς σε συνδυασμό με τεχνικές ανοσοϊστοχημείας χαρτογραφήθηκε η παρουσία διαφόρων μελών της ΒΜΡ οικογένειας σε ιστούς του περιφερικού ανοσοποιητικού συστήματος. Παρατηρήθηκε η έκφραση των ΒΜΡs (ΒΜΡs, ρυθμιστές των ΒΜΡs, ΒΜΡ υποδοχείς) από δενδριτικά κύτταρα, μακροφάγα και Β λεμφοκύτταρα. Η έκφραση των ΒΜPs φαίνεται να είναι δυναμικά ρυθμιζόμενη και να σχετίζεται με την κυτταρική ενεργοποίηση. Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα, κατέστη δυνατή η μελέτη των ΒΜΡ ανταγωνιστών Gremlin και TWSG1 μέσω της απαλοιφής στους από τα δενδριτικά και Β κύτταρα ποντικών αντίστοιχα. Η απαλοιφή του gremlin από τα δενδριτικά κύτταρα είχε σαν αποτέλεσμα την μείωση του αριθμού των μυελωδών δενδριτικών κυττάρων in vivo, αλλά και τη μείωση της έκφρασης των δεικτών ενεργοποίησης/αντιγονοπαρουσίασης MHC-II, CD40 και CD86 στα κύτταρα αυτά in vitro. Η απουσία της TWSG1 από τα Β κύτταρα είχε σαν αποτέλεσμα διάφορες επιπλοκές στην φυσιολογία τους. Παρατηρήθηκαν μειώσεις στην ωρίμανση της IgM συγγένειας μετά από ανοσοποίηση με θυμεξαρτώμενο αντιγόνο. Στις θυμοανεξάρτητες ανοσοαποκρίσεις υπήρχαν αυξήσεις στα επίπεδα ανοσοσφαιρινών, συνέπεια (εν μέρει) της αύξησης του αριθμού των αντιγονοειδικών IgM πλασματοκύτταρων που παράγονται από αυτές. In vitro, τα Β κύτταρα χωρίς την TWSG1 παρουσίαζαν υπερπολλαπλασιαμό, υπερέκφραζαν τους δείκτες ενεργοποίησης CD25 και CD69 και υπερέκκριναν IgG3 μετά από ερεθισμό σε σχέση με τα φυσιολογικά. Επίσης, υπερέκφραζαν τα γονίδια bcl-6, pax5 και το γονίδιο στόχο του ΒΜΡ σήματος id2. Η φωσφορυλίωση του Smad1/5/8 από τα ενεργά Β κύτταρα, καθώς και η παρουσία της ΒΜΡ2 σε περιοχές Β κυτταρικής ενεργοποίησης και διαφοροποίησης στο σπλήνα του ποντικού, προδίδει την παρουσία ΒΜΡ δικτύων μεταγωγής σήματος, που πιθανότατα εμπλέκονται σε διάφορα στάδια των ανοσοαποκρίσεων. Τα παραπάνω ευρήματα αναδεικνύουν την παρουσία της ΒΜΡ οικογένειας στους λεμφικούς ιστούς του περιφερικού ανοσοποιητικού συστήματος και προδίδουν τους πιθανούς ρόλους των ΒΜΡ δικτύων μεταγωγής σήματος στις ανοσοαποκρίσεις.