On the cytotoxic and proinflammatory properties of eosinophils

Abstract

Eosinophils are multi-functional leukocytes involved in the pathophysiology of inflammatory diseases such as asthma and inflammatory bowel disease. Participation in some neoplastic diseases and in the host defense against helminths has also been postulated. They are considered both good and bad, protecting or harming the host. The exact roles of eosinophils and their mechanisms of action are poorly understood.



Eosinophils possess an arsenal of mediators, such as cytotoxic granule proteins, cytokines, chemokines and lipid mediators, together with the potency of producing oxygen radicals. These properties may contribute to host defense.



In this thesis the cytotoxic mechanisms, using E. coli as a model system, have been investigated. The killing of E. coli was largely oxygen-dependent. Eosinophil peroxidase (EPO) together with hydrogen peroxide and a halide yield a cytotoxic product. This system proved to be efficient since blockage of EPO resulted in decreased killing.



The specific granules are focus for much interest, since they are a typical feature of the cell and can as an active compartment either be degranulated out of the cell or into a phagosome. Therefore possible lysosomal characteristics were studied, leading to the conclusion that specific granules are to be considered lysosomes.



Eosinophils are not only a source of cytotoxicity. They can also also have roles in the coordination of the inflammatory process in some diseases. It is here shown that eosinophils can, both in vitro and in vivo produce a chemokine that attract neutrophils, growth-related oncogene-alpha (GRO-alpha). Upon stimulation with interferon-gamma, a Th1 cytokine, eosinophils respond by down-regulating the production of GRO-alpha and instead initiate the production of the T cell attracting chemokines monokine induced by gamma-interferon (MIG), interferon-inducible protein-10 (IP-10) and Interferon-inducible T cell alpha-chemo-attractant (I-TAC).



Altogether, these new findings extend the understanding of eosinophils in health and disease.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

VADÅ CYTOTOXISKA OCH PROINFLAMMATORISKA EGENSKAPER HOS EOSINOFILA?



Vårt immunförsvar är nödvändigt för vår överlevnad, men des's komplexitet gör det svårt att greppa. Man brukar dela upp det i ett ospecifikt och ett specifikt försvar. T och B celler ingår i det ospecifika och vita blodkroppar i det specifika. En andra uppdelning är första försvarslinjen (den barriär som finn's för att hålla inkräktare borta) och andra försvarslinjen (när angripare tagit sig in eller skada på annat sett uppstått så att en inflammation satt's igång).



De eosinofila granulocyterna utgör endast 1-3% av det totala antalet vita blodkroppar. Det är en cell med en glasögon-formad (bilobulär) cellkärna och en cytoplasma som är rik på granula, därav namnet granulocyter. Normalt finn's de eosinofila i blodbanan och i vissa vävnader, som slemhinnan i mag-tarm kanalen.



Eosinofila granula innehåller en hel arsenal av proteiner och andra substanser som kan spela viktiga roller del's i att försvara vår kropp mot invaderande mikroorganismer som parasiter eller bakterier, del's för att kommunicera med andra celler vid inflammationer som uppstår i samband med vissa sjukdomar som astma eller Crohn’'s sjukdom (kronisk tarminflammation).



De eosinofila granula innehåller bland annat fyra viktiga proteiner: MBP (major basic protein) som utgör kärnan och ECP (eosinophil cationic protein), EPO (eosinophil peroxidase) och EDN (eosinophil derived neurotoxin) som finn's i den omgivande matrixen. Dessa proteiner kan ensamma, eller tillsamman's med andra molekyler bl.a vara cytotoxiska, dv's giftiga, rentav dödliga för andra celler. De eosinofila kan när de stimulera's på rätt sätt, tömma ut sina granula. Detta kan vara en mycket effektiv mekanism om innehållet töm's mot en mikroorganism, som en parasit eller en bakterie. Det kan också vara mycket förödande om det är kroppen's egen vävnad som är målet, detta ger upphov till vävnadsskador.



Artikel 1 visar att eosinofila effektivt dödar E. coli bakterier och vilka mekanismer som är viktiga för denna cytotoxicitet. Den cytotoxiska aktiviteten mot E. coli är till stor del beroende av tillgången på syre, för när syret i omgivningen ta's bort så minskar avdödningen av bakterierna avsevärt. Vidare, använder eosinofila ett effektivt system, där EPO tillsamman's med väteperoxid (som cellerna producerar) och en halid (i detta fallet klor) bildar en produkt som är toxisk för bl.a bakterier och parasiter. När man blockerar EPO i systemet minskar avdödningen återigen. Dessa nya fynd visar att de eosinofila kan vara viktiga i immunsvaret mot bakterier i mag-tarm kanalen där det finn's tillgång till syre.



För att granula ska vara så effektiva som möjligt så är vissa egenskaper viktiga, t.ex. en snabb acidifiering (sänkt pH) vid stimulering, för vissa enzymer eller proteiner blir inte aktiva förrän pH blivit tillräckligt lågt; närvaro av proteiner som kan skydda cellen mot läckage av toxiska proteiner och enzymer från granula som kan bryta ner inte bara främmande material. En sådan organell kan kalla's lysosom om den uppfyller vissa kriterier. Kontentan i Artikel II är att eosinofila granula har lysosomala egenskaper som kan vara viktiga för de biologiska effekterna av de eosinofila.



De eosinofila granulocyterna innehåller förutom toxiska proteiner även cytokiner och kemokiner - substanser som kan aktivera andra celler genom att binda till specifika receptorer på cellerna; de kan även attrahera andra celler och få dessa att vandra, ett fenomen kallat kemotaxi. Det är genom kemotaxi som eosinofila vid vissa inflammationer locka's att ta sig från blodbanan och in i vävnaden. Kemotaxi är en viktig del i inflammation's-processen och kommunikationen mellan celler.



Artikel III visar att eosinofila kan producera GRO-alfa , en sk ELR+ CXC kemokin, som kan driva på inflammationen genom att attrahera neutrofila granulocyter, som är fagocyter (de äter upp inkräktande partiklar). GRO-alfa stimulerar även blodkärlsbildningen (angiogenesen), som t ex i tumörer är överaktiverad. Genom att stimulera de eosinofila med olika substanser kan man få de att antigen minska eller öka sin produktion av GRO-alfa . TNF-alfa visade sig vara en substan's med stimulerande effekt. De eosinofila producerar denna substan's och kan stimulera sig själv och cellerna runtomkring. IFN-gamma , å andra sidan, nedreglerade produktionen av GRO-alfa . Men som svar på IFN-gamma , visar Artikel IV att cellerna börjar producera ELR- CXC kemokiner, en grupp kemokiner som drar till sig andra immun-celler, framför allt T celler. Dessa verkar också som anti-angiogenetiska faktorer och förhindrar nykärl's-bildningen. Även i detta fall verkar TNF-alfa stimulerande på produktionen.



Artikel III och IV visar att eosinofila granulocyter kan vara en viktig komponent vid olika typer av inflammationer, genom att kommunicera med och rekrytera olika cell-typer beroende på stimulering.



Ännu är pusslet inte färdigt. Mycket återstår att ta reda på om denna cell som upptäckte's 1879 av Paul Erlich. Över hundra år senare, är inte de exakta rollerna för de eosinofila i immunförsvaret fastställda. Men några bitar till har kommit på plat's.

• author: Dajotoy, Terese
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Nilsson, Gunnar, Uppsala University
• organization: Clinical Microbiology, Malmö (research group)
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Microbiology in the medical area
• keywords: virology, mycology, Mikrobiologi, bakteriologi, virologi, mykologi, bacteriology, Microbiology, CXC chemokines, inflammation, eosinophils, cytotoxic mechanisms
• pages: 101 pages
• defense location: Jubileumsaulan, Malmö University hospital, entrance 59.
• defense date: 2004-03-19 13:15:00
• ISBN: 91-628-5984-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: Persson T., Andersson P., Bodelsson M., Laurell M., Malm J. and Egesten A.(2001) Bactericidal activity of human eosinophilic granulocytes against Escherichiacoli. Infect Immun, 96 (6): 3591-3596. Article: Persson T., Calafat J., Karawajczyk M. and Egesten A. (2002) Specific granulesof human eosinophils have lysosomal characteristics: presence of lysosome-associated membrane proteins and acidification upon cellular activation.Biochem Biophys Res Commun. 291(4): 844-54. Article: Persson Dajotoy T., Andersson P., Bjartell A. and Egesten A. (2003) Expressionand production of the CXC-chemokine Growth-Related Oncogene(GRO)-alpha by human eosinophils. J Immunol. 170(10): 5309-16. Article: Dajotoy T., Andersson P., Bjartell A. and Egesten A. (2004) Human eosinophilsproduce the T cell attracting chemokines MIG and IP–10 upon stimulation with IFN–gamma. (Submitted for publication)
• id: 8332347b-6fe1-4f51-9db7-77bfd6494043 (old id 466749)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:10:45
• date last changed: 2021-04-23 09:21:59