Transcriptional control of Bactericidal/permeability increasing protein (BPI) and cathepsin G in myeloid cells

Abstract

The neutrophil store its effector proteins in several distinct types of cytoplasmic granules, developed sequentially during cell maturation. The different subtypes of granules have unique protein content and functional characteristics. The formation of each granule subtype coincides with the biosynthesis of its content. Granule proteins synthesised during the formation of a granule subtype are thus stored in that granule type. Therefore, the temporal regulation of granule protein expression is an important mechanism by which sorting into different granule subtypes is achieved. BPI (bactericidal/permeability increasing protein) is a cationic protein with antibacterial activity, present in azurophil (primary) granules of neutrophils. BPI neutralises the pro-inflammatory effects of LPS and is of potential clinical use in the treatment of fulminant gram-negative infections. The expression of BPI occurs during the promyelocyte stage of neutrophil maturation, but absence of BPI in patients with specific granule deficiency indicates a transcriptional control distinct from that of other azurophil granule proteins. In the present thesis have I show that AML1, Sp3 and PU.1 activate the BPI promoter in HL60 cells. Moreover, all trans retinoic acid (ATRA)-induced BPI expression in NB4 cells correlates with C/EBP binding to BPI promoter. Furthermore, have I identified a mouse BPI orthologue that is expressed in both bone marrow and testis. Cathepsin G is a haematopoietic serine protease also stored in azurophil granules of neutrophils. I show that transcription of cathepsin G is activated by assembly of an enhanceosome including cis-elements for C/EBP and c-myb, and a GC-rich region, and corresponding trans-factors. Binding of trans-factors C/EBPa and C/EBPe to the enhancesome is shown by chromatin immunoprecipitation. Furthermore, PU.1 binding to the cathepsin G promoter in monocytic cells confers a high cathepsin G mRNA expression.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Populärvetenskaplig sammanfattning Vår arvsmassa består av tre olika typer av DNA; kodande, reglerande och ofunktionellt DNA. Det kodande DNA:t används som ritning för hur våra proteiner ska sättas ihop. Proteinerna är de stenar som bygger upp våra celler och ger dem dess specifika funktion, en hudcell är t ex uppbyggd av andra proteiner än en muskelcell. Det är viktigt att varje cell utrustas med de proteiner de behöver för att kunna utföra sin funktion. Därför krävs det ett noggrant regleringssystem som bestämmer vilket DNA som ska användas i varje enskild cell. Vilket kodande DNA som ska användas i varje enskild cell, kontrolleras av det reglerande DNA:t. Till det reglerande DNA:t binder olika faktorer, som signalerar om det kodande DNA:t ska användas eller inte. Om denna reglering på något sätt blir störd eller satt ur spel bildas en abnorm cell, som kan ge upphov till olika sjukdomar, bl a blodcancer (leukemi). I min avhandling har jag studerat samspelet mellan reglerande och kodande DNA i en vit-blodkropp, som kallas neutrofil. Neutrofilen är en mycket viktig cell i vårt skydd mot mikroorganismer. Vi bildar varje dygn ca 80 miljarder neutrofiler i vår benmärg. Neutrofilen är utrustad med olika receptorer, som känner igen bakterier mm. När neutrofilen känner igen en bakterie äter den upp den, vilket leder till att bakterien dör. För att kunna döda bakterien är neutrofilen utrustad med olika antibiotika, som kommer i kontakt med den uppätna bakterien. Jag har undersökt hur neutrofilen vet att den ska tillverka en viss typ av antibiotika genom att aktivera det kodande DNA:t. Jag har fokuserat på två olika antibiotika, bactericidal permeability/increasing protein (BPI) och cathepsin G. BPI är ett unikt antibiotikum, som dels dödar bakterier och dels dämpar vårt immunförsvar mot den inkränktande bakterien. Detta är en mycket viktig funktion för BPI, eftersom ett alltför kraftigt immunförsvar även kan angripa och skada våra celler. Blodförgiftning är ett sådant fall som leder till ett kraftigt immunförsvar i hela kroppen. Detta kan leda till blodtrycksfall och kan skada våra inre organ, en process som kan leda till döden. BPI har använts i kliniska prövningar med lovande resultat för att förhindra ett onödigt starkt skadligt immunförsvar, vid kraftiga infektioner. Mina resultat indikerar att BPI har en unik DNA reglering, som skiljer síg ifrån de övriga antibiotika som lagras i neutrofilen. Resultaten ger en bredare kunskap om hur produktionen av antibiotika kontrolleras i neutrofilen. Dessutom ger de förutsättningar för framtida utvecklings sätt att modifiera nivån av BPI och cathepsin G i neutrofilen, när en större mängd skulle behövas i behandlings syfte. Fram tills idag har man trott att BPI endast finns i neutrofiler. I ett av mina arbeten har jag visat att möss producerar och lagrar BPI i testikelceller. Man kan bara spekulera i vilken funktion BPI har i testikeln. Har det en viktig skyddande funktion mot bakteriella infektioner eller underlättar BPI befruktning genom att binda till ägget och göra det mera lätt-genomträngligt för spermierna? Dock behövs mer forskning på BPI, för att kunna svara på dessa frågor.

• author: Lennartsson, Andreas
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Cowland, Jack
• organization: Division of Hematology and Transfusion Medicine
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Hematology
• keywords: extracellular fluids, Haematology, extracellulära vätskor, Hematologi
• pages: 150 pages
• defense location: Pathology lecture hall BMC Lund
• defense date: 2004-06-04 09:15:00
• ISBN: 91-628-6099-2
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I Lennartsson A, Pieters K, Ullmark T, Vidovic K and Gullberg U.AML-1, PU.1, and Sp3 regulate expression of human bactericidal/permeability-increasing protein.Department of Hematology, Lund University, Lund, SwedenBiochem Biophys Res Commun. 2003 Nov 28;311(4):853-63II Lennartsson A., Vidovic K and Gullberg U.All-Trans Retinoic Acid-Induced Expression of Bactericidal/PermeabilityIncreasing Protein (BPI) in Myeloid Cells Correlates to Binding of C/EBP to the PromoterManuscriptIII Lennartsson A., Pieters K., Vidovic K. and Gullberg UA murine antibacterial orthologue to human Bactericidal/Permeability Increasing protein (BPI) is expressed in testis, epididymis and bone marrowSubmittedIV Lennartsson A., Garwicz D., Lindmark A. and Gullberg U.The Proximal Promoter of Human Cathepsin G Conferring Myeloid-Specific Expression Contains an Enhanceosome Including a C/EBP Binding SiteManuscript
• id: 1bc94952-9f72-40f0-bd20-90116211b1f0 (old id 467060)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:49:24
• date last changed: 2018-11-21 21:00:58