Regulação da expressão de genes por ExoU durante a infecção por Pseudomonas aeruginosa: papel de PAFR, NF-κB e Nrf2

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lima, Carolina Diettrich Mallet de
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/14366
Resumo: ExoU, a cytotoxin injected into host cytosol by the <i>Pseudomonas aeruginosa</i> type III secretion system, exhibits a strong proinflammatory activity characterized by an important neutrophil recruitment to the infected tissues. To evaluate the mechanisms underlying the neutrophil infiltration, we investigated the effect of ExoU on IL-8 secretion and NF-κB activation. We showed that ExoU activates NF-κB and induces IL-8 in epithelial and endothelial cells infected with <i>P. aeruginosa</i>. Using an animal model of acute pneumonia, we showed a significant reduction in KC secretion and neutrophil infiltration in bronchoalveolar lavage of mice treated with the NF-κB inhibitor Bay 11-7082 before infection. Subsequent studies suggested that NF-κB activation occurs not only in ExoU-injected cells but also in non-infected cells of the neighborhood, possibly indicating a wide-ranging phenomenon. We next identified the key factor of NF-κB activation by ExoU: PAF receptor, PAFR. PAFR binds to PAF molecules produced by ExoU phospholipase A2 activity and stimulates the NF-κB canonic pathway, as characterized by IKK and Akt-mediated IκBα phosphorylation and degradation and p65 nuclear translocation. Additionally, reduced ExoU-mediated p65 nuclear translocation was observed in lungs of mice PAFR-/- or treated with the PAF antagonist WEB 2086. Since NF-κB can regulate PAFR transcription, we investigated the role of ExoU, PAFR and NF-κB in PAFR expression to evaluate a potential mechanism of amplification of response to ExoU. In fact, ExoU promotes p65 occupation of the three κB sites in PAFR promoter, inducing PAFR expression. These <i>in vitro</i> results were confirmed by <i>in vivo</i> assays, since the treatment with Bay 11-7082 or WEB 2086 was able to significantly reduce PAFR expression in lungs of infected mice. NF-κB can also regulate a number of other cellular processes and, since ExoU induces oxidative stress, we evaluated the effect of ExoU in superoxide dismutase 1 (SOD1) expression. The <i>in vitro</i> e <i>in vivo</i> assays showed that ExoU PLA2 activity induces SOD1 expression, in a NF-κB-dependent mechanism. Moreover, ExoU activates the transcriptional factor Nrf2 that is also necessary to SOD1 induction. Together, our data show that ExoU activates the transcriptional factors NF-κB e Nrf2 and induces the expression of genes related to inflammatory and oxidative stress responses. Furthermore, NF-κB activation by ExoU results from the interaction between PAF produced by the infected cells and PAFR, a receptor that can be expressed by infected and non-infected cells. In these cells, NF-κB activation stimulates PAFR expression, highlighting an important mechanism of amplification of response that can affect all cells of the neighborhood.
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Using an animal model of acute pneumonia, we showed a significant reduction in KC secretion and neutrophil infiltration in bronchoalveolar lavage of mice treated with the NF-κB inhibitor Bay 11-7082 before infection. Subsequent studies suggested that NF-κB activation occurs not only in ExoU-injected cells but also in non-infected cells of the neighborhood, possibly indicating a wide-ranging phenomenon. We next identified the key factor of NF-κB activation by ExoU: PAF receptor, PAFR. PAFR binds to PAF molecules produced by ExoU phospholipase A2 activity and stimulates the NF-κB canonic pathway, as characterized by IKK and Akt-mediated IκBα phosphorylation and degradation and p65 nuclear translocation. Additionally, reduced ExoU-mediated p65 nuclear translocation was observed in lungs of mice PAFR-/- or treated with the PAF antagonist WEB 2086. Since NF-κB can regulate PAFR transcription, we investigated the role of ExoU, PAFR and NF-κB in PAFR expression to evaluate a potential mechanism of amplification of response to ExoU. In fact, ExoU promotes p65 occupation of the three κB sites in PAFR promoter, inducing PAFR expression. These <i>in vitro</i> results were confirmed by <i>in vivo</i> assays, since the treatment with Bay 11-7082 or WEB 2086 was able to significantly reduce PAFR expression in lungs of infected mice. NF-κB can also regulate a number of other cellular processes and, since ExoU induces oxidative stress, we evaluated the effect of ExoU in superoxide dismutase 1 (SOD1) expression. The <i>in vitro</i> e <i>in vivo</i> assays showed that ExoU PLA2 activity induces SOD1 expression, in a NF-κB-dependent mechanism. Moreover, ExoU activates the transcriptional factor Nrf2 that is also necessary to SOD1 induction. Together, our data show that ExoU activates the transcriptional factors NF-κB e Nrf2 and induces the expression of genes related to inflammatory and oxidative stress responses. Furthermore, NF-κB activation by ExoU results from the interaction between PAF produced by the infected cells and PAFR, a receptor that can be expressed by infected and non-infected cells. In these cells, NF-κB activation stimulates PAFR expression, highlighting an important mechanism of amplification of response that can affect all cells of the neighborhood.ExoU, uma citotoxina injetada diretamente no citosol hospedeiro pelo sistema de secreção de tipo III de <i>Pseudomonas aeruginosa</i>, exibe uma potente atividade pró-inflamatória responsável por um acentuado recrutamento de neutrófilos para os tecidos infectados. Para avaliar os mecanismos que levam à infiltração de neutrófilos, investigamos o efeito de ExoU na ativação de NF-κB e na secreção de IL-8. Os resultados mostraram que ExoU é capaz de ativar NF-κB, aumentando a expressão de IL-8 em células epiteliais e endoteliais infectadas. Estes resultados foram corroborados em um modelo murino de pneumonia aguda, que revelou uma redução significativa da secreção de IL-8 murino (KC) e da infiltração de neutrófilos no lavado broncoalveolar dos camundongos tratados com o inibidor de NF-κB, Bay 11-7082, antes da infecção com a cepa produtora de ExoU. Em estudos posteriores, observamos que a ativação de NF-κB por ExoU ocorre não apenas nas células injetadas com este fator de virulência, mas também em células vizinhas não infectadas, sugerindo um amplo alcance deste fenômeno. A pesquisa dos mecanismos moleculares de ativação de NF-κB por ExoU permitiu a identificação do fator chave deste evento: o receptor de PAF, PAFR. Em células epiteliais respiratórias, PAFR se liga ao PAF produzido pela atividade tipo fosfolipase A2 de ExoU, ativando a via canônica de NF-κB, como caracterizado pela fosforilação de IκBα por IKK e participação de Akt, pela degradação de IκBα e pela translocação nuclear de p65. Em camundongos PAFR-/- ou tratados com o antagonista de PAF, WEB 2086, também foi observada uma menor translocação nuclear de p65 durante a pneumonia pela cepa de <i>P. aeruginosa</i> produtora de ExoU. Como NF-κB pode regular a transcrição de PAFR, investigamos a modulação da expressão deste receptor por ExoU, PAFR e NF-κB, na tentativa de identificar um possível mecanismo de amplificação da resposta a ExoU. De fato, observamos que ExoU é capaz de promover a ocupação dos três sítios κB no promotor de PAFR por p65, induzindo a expressão deste receptor. Confirmando os resultados obtidos <i>in vitro</i>, ensaios <i>in vivo</i> mostraram que o tratamento com Bay 11-7082 ou WEB 2086 reduziu a expressão de PAFR no pulmão dos camundongos infectados pela cepa ExoU+. Além de regular a expressão de genes relacionados à inflamação, NF-κB pode particpar da regulação de diversos outros processos celulares. Como ExoU ativa o estresse oxidativo, avaliamos o efeito deste fator de virulência na modulação da expressão de superóxido dismutase 1 (SOD1). Os resultados obtidos em modelos <i>in vitro</i> e <i>in vivo</i> mostraram que a atividade PLA2 de ExoU ativa a expressão de SOD1 por um mecanismo dependente de NF-κB. Além disso, ExoU é capaz de ativar o fator transcricional Nrf2, que também é necessário à indução da expressão de SOD1. Em conjunto, nossos dados mostram que a atividade PLA2 de ExoU é capaz de ativar os fatores transcricionais NF-κB e Nrf2, estimulando a expressão de genes relacionados à inflamação e à resposta ao estresse oxidativo. Além disso, a ativação de NF-κB, por ExoU, é decorrente da interação entre o PAF produzido pelas células infectadas e PAFR, que pode ser expresso em células infectadas e não infectadas. Como a ativação de NF-κB por ExoU também estimula a expressão de PAFR, estes eventos representam um mecanismo de amplificação de resposta que afeta células vizinhas não infectadas.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T15:13:58Z No. of bitstreams: 1 TESE_FINAL_PUBLICADA_ Carolina_Diettrich_Mallet_de_Lima.pdf: 7258764 bytes, checksum: d7c49d2c8a81144a3c82f9cd31602c42 (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-07T15:13:58Z (GMT). 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