Facteur de nécrose tumorale et interactions chimiokines dans la formation et le maintien des granulomes dans la tuberculose

Facteur de nécrose tumorale et interactions chimiokines dans la formation et le maintien des granulomes dans la tuberculose

Les cellules inflammatoires migrent vers les poumons en réponse à l’infection par Mycobacterium tuberculosis Ces cellules infiltrantes s’organisent en une structure appelée granulome, qui contrôle et contient l’infection. Les signaux qui influencent la formation des granulomes sont largement inconnus. Le facteur de nécrose tumorale TNF a été démontré Nous avons étudié les mécanismes par lesquels le TNF contrôle la migration cellulaire en réponse à l’infection à M tuberculosis, en se concentrant sur les effets de cette cytokine sur l’expression des chimiokines. Les chimiokines sont de petites molécules qui dirigent la migration des cellules dans le corps Nos données soutiennent la notion que le TNF est nécessaire pour l’expression appropriée des chimiokines par les macrophages infectés par M tuberculosis, à la fois in vitro et in vivo

La tuberculose tue un million de personnes chaque année Mycobacterium tuberculosis, la bactérie responsable de cette maladie respiratoire, a une capacité unique à survivre chez l’hôte pendant des années ou même des décennies L’infection initiale entraîne une maladie active chez seulement un petit sous-groupe de personnes. réponse immunitaire au bacille qui sert à le garder en échec, entraînant une infection asymptomatique Cependant, l’élimination de M tuberculosis du corps est difficile, et l’infection latente peut persister pendant toute la vie de l’hôte. La réactivation de cette infection latente se produit dans ~% Par exemple, le vieillissement, l’utilisation de stéroïdes, l’infection par le VIH, la malnutrition et la toxicomanie augmentent le risque de réactivation de la tuberculose Récemment, les traitements modulant le TNF, tels que le TNF-neutralisant les anticorps et les protéines de fusion des récepteurs, ont été impliqués dans une susceptibilité accrue à la tuberculose; en particulier, la réactivation de l’infection latente semble être déclenchée par la modulation du TNF

Le TNF est requis pour le contrôle de l’infection M de la tuberculose chez la souris

Notre laboratoire s’intéresse depuis longtemps au rôle du TNF dans la lutte contre l’infection à M. tuberculosis Il y a plusieurs années, nous avons démontré que le TNF était nécessaire pour contrôler l’infection aiguë chez la souris, avec des effets sur l’activation des macrophages et la formation de granulomes. ] Récepteur du TNF TNFR; Les souris TNFR – / – traitées avec un anticorps neutralisant contre le TNF étaient extrêmement sensibles à l ‘infection à M tuberculosis et sont mortes en quelques semainesLe modèle murin de la tuberculose permet d’ étudier les infections aiguës et chroniques Les comptes bactériens dans les poumons augmentent. premières semaines après l’infection par la voie aérosol puis se stabiliser L’infection est contrôlée mais pas éliminée, et, finalement, les souris meurent d’une infection progressive Il y a une longue période de temps pour utiliser ce modèle pour aborder les mécanismes responsables du maintien une infection persistante à M tuberculosis Nous avons utilisé ce modèle pour répondre au besoin de TNF de maintenir une infection persistante. Neutralisation du TNF avec anticorps, début – mois après infection, entraînant une réactivation rapide de l’infection Cette réactivation a été caractérisée par une augmentation relativement faible en nombre de bactéries, mais un processus pathologique sensiblement aggravé, et les souris sont mortes rapidement Les résultats les plus frappants sont la perte apparente de la structure du granulome et l’infiltration des cellules dans les poumons. Cette infiltration a conduit à une immunopathologie destructrice non seulement attribuable à l’augmentation du nombre de bactéries. Ces résultats contrastaient avec la réactivation due à d’autres événements immunocompromisants. inhibition de l’oxyde nitrique synthase ou déplétion des lymphocytes T CD En association avec ces événements, les numérations bactériennes augmentent régulièrement, mais les granulomes ne perdent pas leur organisation. Les résultats de nos études impliquent que le TNF joue un rôle dans le maintien de la formation des granulomes. le contrôle des processus pathologiques

Formation de granulomes

Le TNF est une cytokine pléiotropique qui affecte de nombreuses voies dans la réponse de l’hôte à la tuberculose. Nous cherchons à comprendre comment le TNF contrôle la formation et le maintien des granulomes dans les infections aiguës et persistantes. M tuberculosis infecte initialement les macrophages alvéolaires dans les voies respiratoires, entraînant la production de cytokines et le déclenchement d’une réponse inflammatoire, avec l’afflux de monocytes, de neutrophiles et de cellules dendritiques. À ce stade, les bacilles sont probablement occupés par des cellules dendritiques. Les bactéries pénètrent dans le parenchyme pulmonaire et infectent les macrophages tissulaires, induisant une série de signaux inflammatoires. Les cellules T effectrices, les lymphocytes B et d’autres monocytes migrent vers les poumons à partir du sang, puis à travers les poumons. le tissu au site local de l’infection La croissance lente du temps de doublement de l’organisme, ~ h in vivo empêche un ba écrasant Une fois que les cellules atteignent le site des macrophages infectés, elles forment une structure destinée à contenir l’infection, c’est-à-dire le granulome. Dans les granulomes, les cellules T peuvent initialement interagir avec les macrophages infectés et les activer. Des cellules pour contrôler l’infection Parce que cette activation ne réussit pas complètement, les bactéries restent dans le granulome. Cependant, dans la plupart des cas, les bactéries restantes sont contrôlées pendant une période prolongée. Le granulome sert d’objectif majeur: tuer les bactéries, un foyer de cellules inflammatoires qui empêche l’inflammation de se produire dans les poumons, et une barrière à la dissémination des bactéries dans les poumons et autres organes. La perturbation de la structure ou de la fonction du granulome semble nuire au contrôle de la réplication bactérienne. de l’immunopathologie dans les poumons

TNF et contrôle de l’expression des chimiokines in vitro

Nous nous sommes intéressés aux signaux qui induisent la migration cellulaire dans les poumons et entraînent la formation du granulome, ainsi que les signaux qui empêchent la perte de la structure du granulome lors d’une infection chronique. Nos données soulignent le rôle majeur du TNF dans la formation initiale. granulome et le maintien d’un granulome établi TNF est susceptible d’être un maître régulateur des signaux responsables de diriger les cellules vers le site d’infection Les candidats évidents pour ces signaux sont des chimiokines Les chimiokines sont une grande famille de petites molécules, similaires aux cytokines, qui interagissent avec Nous avons étudié comment le TNF contrôle l’expression des chimiokines dans les modèles murins de tuberculose aiguë et chronique Nous avons étudié comment le TNF contrôle l’expression des chimiokines dans les modèles murins de tuberculose aiguë et chronique. Des expériences in vitro ont démontré que l’infection à M tuberculosis des macrophages murins dérivés de la moelle osseuse ession du TNF, ainsi qu’un certain nombre de chimiokines, y compris des ligands pour les récepteurs de chimiokines CXCR, CCR, et figure CCR L’expression des protéines et de l’ARNm a été déterminée Le pic de TNF et la réponse chimiokine est apparue tôt, parfois après h après l’infection, L’expression de certaines chimiokines CXCL, CXCL, CXCL, CCL et CCL après l’infection par M tuberculosis dépendait, au moins en partie, de l’expression de l’ARNm et de l’ARNm après neutralisation du TNF en utilisant des anticorps ou des TNFR – / – macrophages. Sur le TNF En particulier, le pic précoce de la production de CXCL et de CCL était grandement diminué lorsque le TNF était neutralisé. Cependant, l’absence de TNF n’annule pas complètement l’expression des chimiokines, indiquant qu’il existe d’autres facteurs induits par l’infection qui stimulent la chimiokine. chiffre de production

Figure Influence du TNF sur la production de chimiokines par les macrophages lors d’une infection à Mycobacterium tuberculosis A, L’interaction initiale et l’infection par M tuberculosis induisent la production de TNF par les macrophages dans le TNF peuvent alors agir sur les macrophages infectés ou sur d’autres macrophages flèches Des chimiokines, par exemple, CXCL, CXCL, et CCL sont également produites par des macrophages à la suite de flèches en pointillés d’infection B, en bloquant la production d’anticorps contre le TNF ou la fusion du récepteur; flèche pleine réduit la quantité de chimiokines produites par les macrophages, mais un niveau résiduel de production de chimiokines qui ne dépend pas du TNF reste flèches pointéesFigure View largeTélécharger slideInfluence du TNF sur la production de chimiokines par les macrophages au cours de l’infection Mycobacterium tuberculosis A, Interaction initiale et infection par M Le TNF peut alors agir sur les macrophages infectés ou sur d’autres macrophages pour induire la production de chimiokines flèches ouvertes Les chimiokines, par exemple, CXCL, CXCL, et CCL sont également produites par les macrophages à la suite de flèches pointillées d’infection B, bloquant la production de Fusion de l’anticorps ou du récepteur du TNF; flèche pleine réduit la quantité de chimiokines produites par les macrophages, mais un niveau résiduel de production de chimiokines qui ne dépend pas du TNF reste flèches pointillées

Effets Du TNF Sur L’expression Des Chemokines Dans Les Poumons Au Cours De M L’Infection De La Tuberculose

Nous avons ensuite examiné la dépendance de l’expression des chimiokines sur la production de TNF in vivo en utilisant la RT-PCR en temps réel ou l’analyse de protection RNase du tissu pulmonaire entier obtenu à divers moments après l’infection. Dans notre modèle d’infection faible cfu / poumon, administré par voie aérosol, l’expression des chimiokines n’était détectable qu’au moins quelques jours après l’infection. Parce que nous nous intéressions aux événements très précoces où le TNF pourrait influencer la formation de granulomes, cette incapacité à détecter la chémokine En outre, une fois que les nombres bactériens ont commencé à diverger entre les souris sauvages et déficientes en TNF, l’expression des chimiokines divergeait également. En fait, nous avons constaté que l’expression des chimiokines in vivo augmentait rapidement en réponse à l’augmentation des bactéries. , même en l’absence de TNF. Il était donc essentiel d’étudier les effets du TNF sur l’expression des chimiokines avant toute modification les nombres bactériens entre le wt et les souris déficientes en TNFPour détecter l’expression des chimiokines de bas niveau dans les poumons au début de l’infection, nous devions sélectionner une population de cellules susceptibles de produire des chimiokines. Tout d’abord, un petit pourcentage des ~ macrophages dans les poumons des souris non infectées. Le taux de réplication de M tuberculosis in vivo est estimé à ~ h, en fonction de la souche. l’infection, seul un faible pourcentage de macrophages serait infecté et produirait des chimiokines, ce qui a probablement contribué aux difficultés à détecter l’expression des chimiokines tôt après l’infection. Cependant, il est probable que les macrophages pourraient être affectés par la présence de l’infection, y compris la production de TNF. par figure de macrophages infectés Nous avons décidé d’enrichir pour les macrophages des poumons, pour améliorer la détection de la chimiokine e Des cellules de xpressionCDb qui comprennent à la fois des macrophages et des neutrophiles ont été isolées des poumons de souris à, et jours après l’infection et ont été utilisées pour l’analyse de l’expression génique en utilisant la RT-PCR en temps réel. Cependant, les niveaux de chimiokines chez les souris déficientes en TNF sont restés à des niveaux de base au jour et sont restés à la traîne par rapport aux niveaux chez les souris en poids à la journée. Cependant, nous avons observé une augmentation du taux de chémokine. Ainsi, l’absence de signalisation médiée par le TNF par le TNFR a retardé la production de chimiokines par les macrophages infectés dans les poumons et vraisemblablement l’absence de signalisation médiée par le TNF. ont contribué à la formation de granulomes retardés ou aberrants Ces études ont démontré que le TNF affecte l’expression des chimiokines par les macrophages in vivo après l’infection et ont suggéré qu’il s’agit d’un mécanisme par lequel Le TNF contrôle la migration cellulaire précoce et la formation de granulomes dans les poumons. Nous avons effectué des expériences similaires dans les poumons de souris infectées chroniquement par M tuberculosis. immunopathologie destructrice Nous nous sommes de nouveau intéressés aux événements précoces, c’est-à-dire ceux survenus avant le début de ces changements phénotypiques pour déterminer le rôle clé du TNF dans le maintien de la structure et de la fonction granulomateuses. Les souris traitées avec l’anticorps anti-TNF ont de nouveau montré une diminution transitoire jusqu’à plusieurs jours du traitement par anticorps dans l’expression de CXCL, CXCL et CCL et des diminutions transitoires plus courtes du CCL et du CCL chez des souris neutralisées par TNF. Le TNF affecte l’expression des chimiokines dans les macrophages dans les poumons Ceci peut être un mécanisme par lequel TNF parti Cipates dans le maintien de la formation de granulome, parce que l’interférence avec les gradients de chimiokine pourrait provoquer des cellules à dériver du site de l’infection

Régulation localisée de la production de chimiokines par le TNF dans les poumons des souris infectées

La production localisée de chimiokines est une caractéristique importante dans le contrôle de la migration cellulaire. Nous avons cherché à déterminer l’expression des chimiokines dans les granulomes nouvellement formés, ainsi que les effets du TNF sur ce processus. provenant de souris infectées Bien que nous ayons pu détecter l’expression de certaines chimiokines dans les granulomes, en particulier chez les souris infectées chroniquement, la méthode n’était pas assez sensible pour observer l’expression précoce de chimiokines dans les poumons. gènes de chimiokines dont nous avions précédemment démontré qu’ils étaient régulés par le TNF en tant que sondes: CXCL, CXCL et CCL Nous avons quantifié l’expression de ces chimiokines en utilisant un algorithme qui reposait sur le nombre de cellules en grappes d’une certaine taille. le nombre de cellules dans le groupe positif pour le signal de chimiokine Cellules simples et petites & lt; cellules et grand & gt; Malheureusement, l’expression relativement élevée de la LCC dans les cellules autres que les macrophages dans les poumons, même dans les poumons non infectés, a empêché une analyse significative de cette chimiokine. Notre analyse a révélé que CXCL et CXCL étaient régulés différemment en termes de temps d’expression et de taille du groupe de cellules exprimant ces chimiokines. En outre, l’effet du TNF pouvait être observé sur l’expression de ces chimiokines, mais cet effet était dépendant du temps et du stade de la formation du granulome. L’expression de CXCL dans les granulomes nouvellement formés dépendait du TNF, mais cette dépendance n’a pas été observée dans les infiltrats plus grands. Inversement, un léger effet du TNF sur l’expression de la granulomes précoces, cet effet était le plus important dans les grands infiltrats. Ces études ont révélé contrôle de l’expression des chimiokines pendant la formation du granulome par le TNF et démontré que cette régulation est affectée par un certain nombre de facteurs Bien que ces chimiokines se lient au même récepteur, l’expression différentielle peut être impliquée dans l’organisation complexe des cellules dans un granulome nouvellement formé.

Résumé et discussion

Les chimiokines fonctionnent en établissant un gradient que les cellules avec les récepteurs appropriés détectent, ce qui entraîne la migration des cellules vers la source de chimiokine Cependant, à une certaine concentration dans le gradient, les cellules ne détectent plus le gradient. vers un signal différent Cette caractéristique est probablement responsable de la nature multifactorielle de la réponse aux chimiokines Les cellules ne détectent pas simplement une chimiokine et migrent vers cette source Il existe plusieurs signaux simultanés de différentes forces, selon la position des cellules, les sources de chimiokines et les récepteurs exprimés par la cellule migrante L’intégration de cette information complexe par la cellule est responsable de la migration cellulaire et, finalement, est susceptible d’affecter la formation de granulomes. Les granulomes sont un environnement complexe, composé de différents types de cellules, et un certain nombre de signaux sont susceptibles d’être produites, en fonction d’une variété de facteurs En termes de maintenance du granulome, la production de c Les hémokines à un certain niveau peuvent être un facteur dans la prévention du mouvement cellulaire hors du granulome. Si les cellules ne sont pas étroitement contrôlées dans les poumons, cela pourrait conduire à un excès d’inflammation. Les données confirment l’idée que le TNF joue un rôle dans la régulation de l’expression des chimiokines dans les granulomes nouvellement formés et établis. également nécessaire de limiter l’immunopathologie dans les poumons de souris infectées de manière chronique Neutralisation de cette cytokine peut faire des ravages sur le système de contrôle sensible nécessaire pour prévenir la réactivation de l’infection et l’inflammation dans les poumons

Remerciements

Nous remercions John Chan et les membres du laboratoire Flynn, pour les discussions utiles de cet article, et Amy Myers, pour l’assistance technique septum. Soutien financier National Institutes of Health accorde HL à JLF et TAI à HMSA et PLL; Bourse de thèse de l’Association pulmonaire de l’ouest de la Pennsylvanie à HMSA; Bourse postdoctorale Bayer / Harold Neu aux conflits d’intérêts potentiels de PLLP JLF a récemment reçu un financement de recherche d’Amgen HMSA et de PLL: no conflicts