Bactericidal/Permeability-Increasing Protein (BPI) and Proteinase 3: Studies at the Transcriptional Level

Abstract

In myelopoiesis, neutrophils and monocytes/macrophages are formed from a common myeloid precursor cell in the bone marow. During maturation of neutrophils, cytoplasmic granules are formed in the cells and the content of these granules is critical for the function of neutrophils in the first line of defense against invading microorganisms. The Bactericidal/Permeability-Increasing protein (BPI) is stored in azurophil granules of the neutrophil and is cytotoxic against gram-negative bacteria. Absence of BPI in neutrophils of patients with Specific Granule Deficiency (SGD) and late expression of BPI at the promyelocyte stage, suggest a different regulation at the transcriptional level as compared to other azurophil granule proteins. In this thesis, we show that the transcription factors AML-1, PU.1, and Sp3 regulate the expression of human BPI in myeloid cells. We also identified a mouse ortholog to human BPI, expressed in bone marrow, testis and epididymis. However, the expression of BPI in mouse bone marrow cells is much lower than that in human bone marrow cells, indicating important differences in the transcriptional regulation. We suggest that, in contrast to human BPI, lack of C/EBP binding sites is responsible for the low expression of BPI in mouse bone marrow cells.



The expression of another azurophil granule protein, human proteinase 3, is shown to be increased in myeloid cells of patients with Wegener's Granulomatosis (WG). This increased expression of proteinase 3 might be a risk factor for the development of the disease. We show that the overrepresented ?564 A/G SNP in WG patients, which introduces a new potential Sp1 transcription factor binding site, is not the reason for increased proteinase 3 expression in these patients.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Våra vita blodceller bildas i benmärgen och när de mognat färdigt hamnar de i blodcirkulationen. Det finns olika typer av vita blodceller och varje typ har sin egen funktion. En speciell typ av vit blodcell, nämligen den myeloida vita blodcellen (neutrofilen), spelar en mycket viktig roll i kroppens första försvar mot invaderande bakterier. När bakterier kommer in i kroppen någonstans, lämnar de myeloida vita blodcellerna blodcirkulationen och vandrar till det stället och dödar de invaderande bakterierna. Avdödning av bakterier sker med hjälp av bakteriedödande proteiner som cellerna själva producerar och förvarar i små behållare, sk granula, inuti i cellerna. Livslängden för mogna neutrofiler är begränsad till några dagar och behöver därför hela tiden ersättas av nya celler från benmärgen. Mognadsprocessen av neutrofiler i benmärgen sker i ett antal på varandra följande steg, varvid olika sorters bakteriedödande proteiner bildas och lagras i granula. Beroende på när proteinerna bildas under mognadsprocessen, hamnar de i olika sorter granula i neutrofilen. Proteiner bildas med hjälp av ärftlig information som finns i våra gener. Gener är uppbyggda av DNA och finns i cellens kärna, vilken är avgränsad från resterande delen av cellen, cytoplasman. När en gen uttrycks betyder det att den läses av på ett sådant sätt att den blir översatt till det protein genen innehåller information om. Instruktion om vilka proteiner som ska tillverkas, i vilka mängder och på vilka tidpunkter under utmognaden, är alltså förvarad i våra gener.



När en gen uttrycks bildas först en slags kopia av den. Denna kopia, som kallas mRNA, transporteras ut ur kärnan till cytoplasman där den fungerar som mall för de proteiner som skall tillverkas. Bildandet av mRNA styrs med hjälp av så kallade transkriptionsfaktorer. Transkriptionsfaktorer är proteiner som binder till vissa delar av reglerande DNA i gener och kan därmed bestämma om genen ifråga skall uttryckas eller inte. Beroende på vilka, och på vilket sätt, transkriptionsfaktorer binder till DNA, bildas antingen många eller få mRNAkopior, eller ibland inga mRNA-kopior alls. Exakt hur och när transkriptionsfaktorer binder till DNA för att skapa mRNA-kopior är en 59 komplex process och mycket forskning pågår för att förstå detta helt. I min avhandling har jag undersökt hur och när mRNA-kopior av vissa gener bildas under mognadsprocessen av neutrofiler. I studie I har vi identifierat några transkriptionsfaktorer som spelar en viktig roll i bildningen av mRNA-kopior som leder till produktionen av det bakteridödande proteinet ?bactericidal permeability increasing protein? (BPI) under mognadsprocessen av neutrofiler. Resultaten har gett oss ökad insikt i och förståelse för varför BPI inte bildas vid vissa sjukdomar. I studie II har vi upptäckt att BPI finns inte bara i myeloida vita blodceller hos människa, utan att också i blodceller från mus bildas små mängder av BPIproteinet. BPI hos mus är inte tidigare upptäckt av andra forskare. Vi fann också att mRNA-kopior av BPI bildas i vissa celler av manliga könsorgan i både människa och mus.



I studie III var jag nyfiken på varför det bildas mycket mindre mRNA-kopior av BPI genen i benmärgen hos mus, i jämförelse med människa. Därför ville jag undersöka om vissa transkriptionsfaktorer som spelar en viktig roll i uttrycket av BPI genen hos människa är viktiga också för uttrycket av BPImRNA hos mus. Tyvärr har jag inte hunnit ända fram i detta delprojekt, men mina resultat antyder ändå att BPI-genen i mus saknar de inbindningsställen för en viss typ av transkriptionsfaktor. Denna transkriptionsfaktor är viktig för bildningen av stora mängder av BPI proteinet i människans vita blodceller och eftersom motsvarande faktor hos musen inte kan verka på BPI-genen där, skulle det kunna förklara varför BPI-nivåerna är låga i myeloida celler hos mus. I studie IV undersökte jag hur det reglerande DNA i en annan gen, nämligen genen som kodar för proteinas 3, är uppbyggd för att bättre kunna förstå varför myeloida vita blodceller av patienter med en sjukdom som kallas Wegener's Granulomatosis (WG) bildar större mängder av proteinas 3-proteinet, i jämförelse med friska personer. Överproduktionen av proteinas 3 kan kanske vara en bidragande orsak till att dessa patienter utvecklar farliga inflammationer i små blodkärl. Många patienter med WG har en särskild variant av det reglerande DNA i proteinas 3-genen. Jag hypotetiserade att denna variant orsakar att fel transkriptionsfaktor binder in, vilket i sin tur leder till produktion av stora mängder proteinas 3-protein. Men min hypotes visade sig vara fel. Mer 60 forskning krävs alltså för att undersöka orsaken till överproduktionen av proteinas 3 i WG patienter.

• author: Pieters, Katrien
• supervisor: Urban Gullberg
• opponent: Professor Hellman, Lars, Institute of cell-and Molecular Biology, University of Uppsala
• organization: Division of Hematology and Transfusion Medicine
• publishing date: 2005
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Hematology
• keywords: azurophil granules, myelopoiesis, BPI, mouse ortholog, proteinase 3, transcriptional regulation, Wegener's Granulomatosis (WG), SNP, Medicine (human and vertebrates), extracellulära vätskor, Hematologi, extracellular fluids, Haematology, Medicin (människa och djur)
• pages: 148 pages
• defense location: Biomedical Center (BMC), Segerfalksalen, Sölvegatan 19, Lund
• defense date: 2005-06-09 09:15:00
• ISBN: 91-85439-58-4
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Andreas Lennartsson, Katrien Pieters, Tove Ullmark, Karina Vidovic and Urban Gullberg. 2003. AML-1, PU.1, and Sp3 regulate expression of human bactericidal/permeability-increasing protein Biochemical and Biophysical Research Communications, vol 311 pp 853-863. Elsevier; Andreas Lennartsson, Katrien Pieters, Karina Vidovic and Urban Gullberg. 2005. A murine antibacterial ortholog to human bactericidal/permeability-increasing protein (BPI) is expressed in testis, epididymis, and bone marrow Journal of Leukocyte Biology, vol 77 pp 369-377. Society for Leukocyte Biology; Katrien Pieters, Andreas Lennartsson and Urban Gullberg. . Cloning and characterization of the mouse bactericidal/permeability-increasing protein (BPI) gene promoter pp 13. (manuscript); Katrien Pieters, Åsa Pettersson, Urban Gullberg and Thomas Hellmark. 2004. The -564 A/G polymorphism in the promoter region of the proteinase 3 gene associated with Wegener's granulomatosis does not increase the promoter activity Clinical and Experimental Immunology, vol 138 pp 266-270. Blackwell Publishing Ltd
• id: 921f7ea0-967d-485c-82fe-f107f15787c7 (old id 545028)
• date added to LUP: 2016-04-01 17:11:39
• date last changed: 2018-11-21 20:47:20