Signal transduction in macrophages. Intracellular pathways activated by microbial constituents

Abstract

Macrophages play an essential role in the defense against infection by phagocytosis and by production of inflammatory mediators. Such mediators are TNF? and eicosanoids. Many microbial agents elicit arachidonate release in macrophages that lead to the formation of eicosanoids. This thesis is based on studies performed with the use of microbial constituents which induce arachidonate release or/and TNF? production. Whole gram-positive bacteria S.aureus, the bacterial products LPS and peptidoglycan, the yeast preparation zymosan and ?-glucan were used to stimulate the cells. The main focus has been to elucidate the potential role of the non-receptor tyrosine kinases from the Src family (SFK) and the Tec kinase Btk. in signaling pathways induced by microbial constituents. SFK are important in bacteria and yeast induced arachidonate release and these studies bring forward that SFK has a pivotal role in acting proximally of several known members of the signaling like, ERK, p38 and PLC?2. Btk is also observed to be a part signaling pathway downstream of SFK. Differences were detected between bacteria and zymosan elicted responses, probably due to use of different receptors.



Zymosan can bind to several receptors and our results suggest that zymosan-induced arachidonate release is mediated by the ?-glucan receptor dectin-1. Furthermore we show that the adaptor protein gab-2 is affected by ?-glucan and zymosan stimulation, indicating a role in dectin-1 signaling. SFK are also seen to be involved in TNF? production induced by microbial constituents, but their mode of action is still unknown.



In summery this thesis has contributed to an increased understanding of the role of SFK in eicosanoid and TNF? production in macrophages. Furthermore has we contributed to knowledge about the signaling pathway resulting in arachidonate release.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Vårt immunförsvar är nödvändigt skydd mot de patogener (bakterier, virus, jäst och parasiter) som finns runtomkring oss. Patogener som kommer in i kroppen och infekterar den, gör att en inflammation bildas. En inflammation är kroppens svar på en infektion (eller skada). Inflammation är en process som gör att immunförsvarets celler ökar sin förmåga att oskadliggöra inkräktarna och gör att immunförsvarets celler kommer till de delar av kroppen där patogenen är. Inflammationen kan dock bli kronisk och då skada kroppen, det kan man se i flera olika sjukdomar. Det är därför viktigt att dess reglering fungerar.



Makrofager är en viktig typ av celler i den del i immunförsvaret som snabbt men ospecifikt reagerar på en infektion. När makrofagen möter inkräktaren ?äter? den upp den (fagocyterar) och börjar avge olika molekyler som är med och skapar en inflammation och oskadliggör patogenen. Makrofager avger också andra ämnen som motverkar inflammation. Jag har studerat molekyler inne i makrofager som är involverade i att förmedla vissa signaler. De signalkedjor som jag studerat startar när en patogen (eller del av patogen) binder till makrofagens yta. Signalkedjorna leder sedan till produktion av olika molekyler (så som eikosanoider och TNF?) involverade i inflammation.



För att makrofagen ska känna igen olika patogener har cellen olika mottagare (receptorer) på sin yta som binder patogenen till sig och för in signalen i cellen. Vad de olika mottagarna binder till är inte riktigt utrett. Jag visar att en jästväggsdel, zymosan, binder till en receptor som heter dectin-1, och därmed startar en signal som resulterar i frigörandet av arakidonsyra. Frigörandet av arakidonsyra är första steget vid produktion av en grupp inflammatoriska molekyler som kallas eikosanoider. Gruppen eikosanoider består bl.a. av prostaglandiner och leukotriner. Prostaglandiner har både pro- och anti-inflammatoriska egenskaper och dess produktion kan hindras av både aspirin- och ibuprofenpreparat.



Nedströms receptorn i signalkedjan behövs flera olika molekyler för att förmedla signalerna vidare på ett specifikt sätt så att cellen ger ?rätt? svar. Ett vanligt sätt att förmedla signaler i celler är att sätta dit eller ta bort fosfatgrupper på molekyler involverade i signaleringen. Detta görs av speciella molekyler som kallas kinaser (sätter dit fosfatgrupper) och fosfataser (tar bort fosfatgrupper). En grupp kinaser som sätter dit fosfatgrupper på särskilda tyrosin aminosyror i proteiner, kallas tyrosinkinaser. Det finns flera olika grupper av dessa kinaser och jag har studerat Src kinas familjen och en medlem ur Tec kinas familjen, Btk.



I delarbete I visar jag att Src kinaser förmedlar signalen startad av jästväggsdelen zymosan vidare in i cellen och att Src finns nära mottagaren/receptorn tidigt i signalkedjan. Genom att befinna sig tidigt i signalkedjan påverkar den flera andra signalförmedlare. Btk är en sådan förmedlare som påverkas av Src. Btk påverkar i sin tur flera andra signaleringsprocesser i cellen, vilket resulterar i frigörandet arakidonsyra.



Viktigt för en bra signalväg i cellen är inte bara de molekyler och processer som deltar i den, utan även var dessa finns och hur förmedlingsmolekylerna kommer i kontakt med varandra. Det finns särskilda molekyler som inte själva förmedlar signaler utan sammanför andra förmedlare till komplex, där de lättare kan ?prata? med varandra. En sådan molekyl är Gab. Gab påverkas i makrofager när den kommer i kontakt med jästväggsdelar. Detta tyder på att de är involverade på något sätt i den signalväg jag studerat.



Det finns även andra sätt på vilket signaleringsförmedlare kan samlas för att sprida signalen vidare. Det finns specifika väldigt små områden i det fettlager som omger cellen (plasmamembranet). Plasmamembranet fungerar som cellens yttre gräns och håller ihop den. I dessa små områden som kallas ?membran flottar? kan signaleringsmolekyler samlas och föra signaler vidare.



En bakterie del som kallas LPS, binder till en mottagare/receptor (TLR) på makrofager och startar en signalkedja som resulterar i produktion av den inflammatoriska molekylen TNF?. Jag har visat att vissa signalförmedlare (men inte andra) involverade i den signalvägen kan hittas i ?membran flottar?.

• author: Olsson, Sandra
• supervisor: Roger Sundler
• opponent: Docent Mattsson Hultén, Lillemor, Sahlgrenska akademin, Wallenberglaboratoriet, Göteborgs Universitet
• organization: Department of Experimental Medical Science; Vessel Wall Biology (research group)
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Basic Medicine
• keywords: Medicin (människa och djur), Medicine (human and vertebrates), TNF, TLR, dectin-1, lipid rafts, Src, Btk, Macrophages, arachidonate
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2006:136
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurocentrum, Sölvegatan 17, Lund
• defense date: 2006-12-19 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 91-85559-58-X
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: S Olsson and R Sundler. 2006. Different roles for non-receptor tyrosine kinases in arachidonate release induced by zymosan and Staphylococcus aureus in macrophages. J Inflamm (Lond), vol 3 pp 8.; S Olsson and R Sundler. 2006. The macrophage beta-glucan receptor mediates arachidonate release induced by zymosan: Essential role for Src family kinases. Mol Immunol, (inpress); S Olsson and R Sundler. 2006. The role of lipid rafts in LPS-induced signaling in a macrophage cell line. Mol Immunol, vol 46 pp 607-12.
• id: 4c85456a-d497-4286-ac49-546e875dc838 (old id 547678)
• date added to LUP: 2016-04-01 15:46:47
• date last changed: 2019-05-22 01:47:05