Degranulation in macrophages and other leukocytes: regulation by calcium, phosphoinositide 3-kinase, and protein kinase C

Abstract

Macrophages mediate innate immunity through release of cytokines, eicosanoids, reactive oxygen species as well as through phagocytosis and secretion of lysosomal enzymes. Regulation of lysosomal secretion in macrophages differs in several respects from release of specialized granules in other leukocytes. Lysosomal secretion is not dependent upon cytosolic calcium but is instead triggered by lysosomal alkalinization and is modulated by cytosolic pH. Common to secretory responses in most leukocytes, on the other hand, is a regulation by protein kinase C. Immune complexes trigger a localized azurophilic degranulation in neutrophils which is dependent upon protein kinase C. An enrichement of conventional isoforms at the target area of the plasma membrane further implies a role for these kinases in the spatial regulation of degranulation. Lysosomal secretion in macrophages is likewise regulated by protein kinase C. This regulation is also exerted by conventional isoforms but involves both enhancing and repressing signaling pathways. Activation of protein kinase C reduces secretion through inhibition of lysosomal alkalinization while at the same time inducing a compensatory enhancement downstream of the lysosomal alkalinization. Both pathways are sensitive to depletion of cytosolic calcium and are blocked by down-regulation of conventional isoforms of protein kinase C. The pathway acting on lysosomal pH involves signaling through phosphoinositide 3-kinase. Inhibition of this kinase abrogates translocation of conventional isoforms of protein kinase C to lysosomes.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Makrofager återfinns i stort sett överallt i kroppen. De bildas från stamceller i benmärgen och cirkulerar i blodomloppet tillsammans med andra vita blodkroppar i form av monocyter, som kan vandra igenom blodkärlens väggar och vidareutvecklas till makrofager ute i vävnaderna. Makrofagen spelar en viktig roll i kroppens totalförsvar genom att vägleda och orkestrera immunförsvarets övriga celler, t ex genom att producera prostaglandiner och utsöndra cytokiner. Cytokiner är immunförsvarets egna hormoner som verkar såväl lokalt på grannceller som systemiskt via blodbanan. Makrofager har i likhet med vissa andra blodkroppar förmåga att äta (fagocytera) och dricka (pinocytera) av sin omgivning. Därav kommer namnet makrofag som betyder stor ätarcell. En måltid kan bestå av t ex vävnadsvätska, infektiösa mikroorgansimer, tumörceller, döda celler och andra vävnadsmaterial. Bakterier kan bindas till makrofagen m h a olika cellytereceptorer. Dessa receptorer aktiverar olika signalsystem inuti cellen. Sådana signaler kan bestå av spridning av vissa joner såsom kalcium eller av en slags kedjereaktion där olika enzymer i tur och ordning påverkar varandra. En sådan påverkan kan bestå av att fosfat fästs vid ett enzym. Sammantaget kan dessa signalsystem, som för övrigt ofta interagerar inbördes på ett komplext sätt, ses som cellens sätt att tänka och är därmed avgörande för dess handling. Bakterier och svamporganismer som fastnar på makrofagens receptorer aktiverar signalsystem som leder till att de fagocyteras. Väl inne i cellen sammansmälter dessa fagosomer med lysosomer. Lysosomen är en membranomsluten behållare som kan ses som cellens soptipp eller snarare som cellens återvinningscentral. Här finns en stor uppsättning nedbrytande enzymer som fungerar bäst i en sur miljö. Till skillnad från den neutrala cellvätskan har lysosomerna ett pH-värde under 5, som bibehålles av speciella protonpumpar belägna i lysosommembranet. Tyvärr kan vissa bakteriefamiljer överleva inuti makrofager t ex genom att se till så att lysosomen blir mer basisk eller genom att helt enkelt undvika att hamna i lysosomen. Parallellt med bekämpning av t ex bakterier inuti cellen sker en utsöndring av lysosomala enzymer ut ur cellen. Syftet med detta tror man vara att åstadkomma bekämpning av bakterier i cellens omgivning samt att bryta ner vävnad för att underlätta upprensning och återuppbyggnad i inflammatorisk vävnad. Dessvärre kan sådan sekretion av lysosomala enzymer eventuellt bidra till bestående vävnadsskador vid långvariga inflammatoriska tillstånd som ses t ex vid autoimmuna sjukdomar. Syftet med denna avhandling är att belysa hur olika signalsystem inuti makrofagen påverkar utsöndringen av lysosomala enzymer. Till skillnad från i många andra celltyper, där en ökning av kalciumjoner i cellvätskan sätter igång sekretionen, så verkar aktivering av makrofager i stället leda till att dess lysosomer blir mer basiska, vilket i sin tur leder till att den lysosomala sekretionen sätts igång. Alkalinisering av lysosomer styrs bl a av de två olika enzymerna fosfatidylinositol 3-kinas och proteinkinas C. Kinas betecknar här att de vidarebefordrar signaler genom att koppla fosfatgrupper på lipider respektive proteiner. Proteinkinas C har utöver en reglerande funktion på lysosomalt pH även en pH-oberoende förstärkande effekt på den lysosomala sekretionen i makrofager.

• author: Nauclér, Claes
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof. Magnusson, Karl-Eric
• organization: Department of Experimental Medical Science
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Basic Medicine
• keywords: lysosomal secretion, neutrophil, Clinical biology, proton pump, Klinisk biologi, exocytosis, lysosomal pH
• pages: 144 pages
• defense location: GK-salen, BMC, Sölvegatan 19, 22184 Lund
• defense date: 2002-01-17 10:15:00
• ISBN: 91-628-5082-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 1161a9f2-ee68-4376-a533-93d9b750a4b8 (old id 42251)
• date added to LUP: 2016-04-04 09:57:56
• date last changed: 2018-11-21 20:55:55