ß2 integrin-induced signal transduction events in human neutrophils

Abstract

Inflammation is a localized protective response in vascularized tissues and can be induced by microbial infection or cell and tissue injury. Polymorphonuclear neutrophils (PMN) are the most common white blood cells and are recognized as major cellular mediators of acute inflammation. PMN are highly mobile cells that possess regulated mechanisms for controlling the expression and activation of adhesion molecules such as selectins and integrins. This is crucial for their tethering and migration into inflammatory sites. Once in the tissue PMN can execute their important bacteriocidal functions that will not only kill microorganisms, but also cause potential tissue damage. This thesis work is focused on the intracellular signalling events that the ß2 integrins induce. In particular we focused on small GTPases of the Rho family, proteins that are key regulators of cytoskeletal rearrangements but also important for the production of bacteriocidal substances. We could show that the small GTPases Rho and Rac display opposing activities in PMN with activated ß2 integrins and we could also identify important signalling proteins responsible for this. Moreover, the ubiquitin ligase c-Cbl was also shown to be phosphorylated and activated in adherent PMNs and is suggested to play a key role in the signalling pathway induced by ß2 integrins. ß2 integrins, or enzymes involved in the signalling cascade this adhesion receptor activate, could represent potential targets to control inflammatory conditions where unwanted and tissue destructive accumulation of leukocytes occurs.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Neutrofilen är den vanligaste vita blodkroppen och de tillhör det sk medfödda immunförsvaret. Under normala förhållanden är neutrofilerna inaktiva och cirkulerar i blodomloppet. Vid exempelvis en infektion utsöndras inflammatoriska aktiverande ämnen från vår kropp men även från oönskade mikroorganismer och detta gör att neutrofilerna aktiveras. Från att ha varit runda, passiva celler kan neutrofilerna nu binda till blodkärlsväggen och likt en amöba krypa och klämma sig mellan cellerna i kärlväggen och ut i vävnaden för att söka upp och eliminera exempelvis bakterier. Sättet som neutrofilen tar sig ut i vävnaden från blodomoppet sker i flera koordinerade steg. Först måste hastigheten minskas; detta sker genom att cellerna börjar rulla längs med kärlväggen och på så sätt reduceras farten; den minskade hastigheten gör att cellen kan få ett starkt fäste och ändrar nu form och breder ut sig. De går ifrån att ha varit en rund cell till en platt, avlång krypande cell. Dessa förändringar av cellens form beror på att cellens skelett, cytoskelettet, omformas och nybildas. Cytoskelettet består av proteiner som sammanförts till strängar och bildar ett nätverk av proteintrådar. Dessa kan kontraheras och cellen ändra form. Nästa steg för neutrofilen är att krypa mellan cellerna i blodkärlet och in i den inflammerade vävnaden. Syftet med denna avhandling har varit att studera signalvägar som aktiveras när neutrofilen fäster till blodkärlsväggen via specifika ytmolekyler, ß2 integriner. Vi har använt modellsystem där vi antingen låtit specifika antikroppar aktivera ß2 integrinerna eller så har vi låtit neutrofilerna binda till en naturlig ligand för att efterlikna den aktivering som sker i kroppen. Om man aktiverar ß2 integriner kommer de att signalera in i cellen så att ett stort antal enzym aktiveras eller stängs av. Det är bara delvis utrett hur dessa signaleringskaskader fungerar men en funktionell följd är att cellerna ändrar form genom förändringar av cytoskelettet. Dessutom börjar neutrofilerna utsöndra bakteriedödande substanser. Ett vanligt sätt för intracellulär signalering är modifiera cellens enzymaktivitet. Detta kan ske genom att enzymer (proteiner) blir förändrade på grund av att fosfatgrupper sätts till specifika aminosyror på enzymet. Detta kan exempelvis leda till att proteinet aktiveras och/eller stängs av eller att proteinet förflyttar sig till en annan del av cellen där den stöter på nya substrat. I många fall kan man tala om fosforylering som en av-och-på knapp för enzymer. En proteinfamilj som i andra system visat sig vara inblandat cytoskelettala förändringar är Rho proteiner. Dessa proteiner är aktiva om tre fosfatgrupper är bundna och om endast två så är proteinet inaktivt. Vi har i delarbete I visat att stimulering av ß2 integriner ger en aktivering av Rho men också av ett protein kallat p190RhoGAP vars huvudsakliga syfte är att inaktivera Rho. Detta innebär sannolikt att Rho för att kunna utöva sin funktion behöver växla mellan sin aktiva och inaktiva form. Båda proteinen förflyttades även till cellens yttre barriär, plasmamembranet. Detta är en vanlig mekanism involverat i proteinaktivering och ofta det ställe i cellen där receptormedierad enzymatisk aktivitet är nödvändig. I delarbete III studerade vi två andra proteiner i Rho-familjen, Rac och Cdc42. Även dessa har i andra studier visat sig vara viktiga för cellens form men också för neutrofilens förmåga att producera bakteriedödande ämnen. Här visade sig Cdc42 bli aktiverat medan Rac inaktiverades. Trots att Rac inaktiverades så förflyttades sig proteinet till plasmamembranet vilket vi tror har att göra med produktionen av bakteriedödande substanser och att detta nödvändigtvis inte kräver närvaro av aktivt Rac. Även här blev proteiner som fungerar som nedreglerare för Rac aktiverat. I delarbete II och IV studerade vi ett protein kallat c-Cbl och som nyligen har visats kunna addera ett litet protein benämnt ubiquitin till andra proteiner. När ett protein blivit ”ubiquitinerat” kan olika saker ske med proteinet, det vanligaste är att det skickas till nedbrytning. Vi kunde visa att c-Cbl fosforylerades på olika typer av aminosyror när neutrofilerna fäste till en naturlig yta. Fosforyleringen uförs av olika kinaser och vi kunde identifiera några av de kinaser som är viktiga för fosforyleringen av c-Cbl. Ett av dem blev dessutom ubiquitinerat, dock utan att bli nedbrutet vilket ytterligare tyder på att det finns fler funktioner med ubiquitinering än man hittills trott. Förståelsen för hur vita blodkroppar fäster till blodkärlsväggar och de signaler som styr detta kan ge viktig information om bakgrunden till många autoinflammatoriska sjukdomar. Adhesionsreceptorer eller enzymer som aktiveras nedströms dessa är dessutom potentiella mål för läkemedel för behandling av sjukdomar som exempelvis reumatism.

• author: Melander, Fredrik
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Dr Laudanna, Carlo, Verona, Italy
• organization: Experimental Pathology, Malmö (research group)
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology
• keywords: Inflammation, integrins, signal transduction, Rho GTPases, kinases, c-Cbl, General pathology, patologisk anatomi, pathological anatomy, Patologi (allmän), neutrophils
• pages: 113 pages
• defense location: Main lecture hall, Pathology, U-MAS
• defense date: 2003-01-24 09:15:00
• ISBN: 91-628-5518-2
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I Dib K, Melander F and Andersson T. (2001). Role of p190RhoGAP in ß2 integrin regulation of RhoA in human neutrophils. J.Immunol. May 15;166(10):6311-22. Article: II Melander F, Andersson T and Dib K. (2002). The Fgr but not the Syk tyrosine kinase is a target for ß2 integrin-induced c-Cbl-mediated ubiquitination in adherent human neutrophils. Biochem. J. In press. Article: III Dib K, Melander F, Axelsson L, Dagher M-C, Aspenström P and Andersson T. Down-regulation of Rac activity during ß2 integrin-mediated adhesion of human neutrophils. Manuscript. Article: IV Melander F, Andersson T and Dib K. ß2 integrin-induced serine phosphorylation of c-Cbl in adherent human neutrophils. Manuscript.
• id: 57f52dc5-fe8c-4cb2-8632-8dbc57f8be1a (old id 465369)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:49:15
• date last changed: 2018-11-21 21:00:58