La vía de CD137 regula de manera diferencial las respuestas innatas y adaptativas en el contexto de la tuberculosis humana

Fernández Do Porto, Darío Augusto

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	quimica
Título:	La vía de CD137 regula de manera diferencial las respuestas innatas y adaptativas en el contexto de la tuberculosis humana
Título alternativo:	CD137 differentially regulates innate and adaptive immunity against Mycobacterium tuberculosis
Autor:	Fernández Do Porto, Darío Augusto
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	IQUIBICEN. Departamento de Química Biológica
Publicación en la Web:	2013-08-14
Fecha de defensa:	2013
Fecha en portada:	2013
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica
Director:	García, Verónica Edith; Moffatt, Luciano
Jurado:	Zwirner, Norberto Walter; Sasiain, María del Carmen; Colman Lerner, Alejandro
Idioma:	Español
Tema:	biología/inmunología
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5354_FernandezDoPorto
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n5354_FernandezDoPorto.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n5354_FernandezDoPorto
Ubicación:	Dep.QUI 005354
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Fernández Do Porto, Darío Augusto. (2013). La vía de CD137 regula de manera diferencial las respuestas innatas y adaptativas en el contexto de la tuberculosis humana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5354_FernandezDoPorto

Resumen:

La protección frente a M. tuberculosis requiere del establecimiento una respuesta de citoquinas Th-1, dominada por la secreción de interferón (IFN)-γ. Varias proteínas de señalización participan en la regulación de la activación de los linfocitos T, modulando los niveles y el patrón de citoquinas producidos por dichas células durante la estimulación antigénica. Así, resultados de nuestro laboratorio han demostrado que el Coestimulador Inducible (ICOS) y la Molécula Linfocitaria Activadora de Señales (SLAM) estimulan la secreción de IFN-γ mientras que la proteína asociada a SLAM (SAP), CD31 y el receptor de muerte programada (PD)-1 inhiben la respuesta Th-1 durante la respuesta inmune del hospedador frente a M. tuberculosis (M.tb). El receptor CD137 (4-1BB), un miembro de la superfamilia de receptores del Factor de Necrosis Tumoral (TNFR), es otra de las moléculas de señalización que participan en la regulación de las funciones efectoras de las células T CD137, una molécula que puede expresarse de manera constitutiva o en forma inducida en varios tipos de células inmunes, puede desempeñar un rol coestimulatorio sobre las células T, uniéndose a su ligando CD137L, el cual a su vez se expresa sobre Células Presentadoras de Antígenos (CPA). Dado que CD137 y CD137L puede expresarse sostenidamente durante infecciones crónicas e inflamaciones prolongadas, nuestra hipótesis de trabajo fue que ambas moléculas podrían desempeñar un rol clave durante las respuestas inmunes innata y adaptativa en la infección persistente por M. tuberculosis. A través de cultivos in vitro, demostramos que la estimulación con M.tb de células mononucleares de sangre periférica (CMSP), tanto de pacientes con tuberculosis como de individuos sanos, incrementa la expresión de CD137 y CD137L en monocitos y células NK, y de CD137 en linfocitos T. Por otro lado, observamos que la señalización a través de la vía de CD137 disminuye los porcentajes de monocitos y células NK productoras de IFN-γ y TNF-α estimulados con M.tb, mientras que, en contraste, aumenta las funciones efectoras y la sobrevida de las células T. De esta manera, durante la respuesta temprana, el receptor CD137 inhibiría la producción de IFN-γ y TNF-α por células NK y macrófagos respectivamente. Por el contrario, durante la respuesta inmune más tardía, CD137 estimularía la producción de IFN-γ por las células T, pero continuaría inhibiendo los niveles de TNF-α secretados por los macrófagos. Dado que la señalización a través de CD137 modula de manera opuesta los niveles tardíos de IFN-γ y TNF-α, se estudió la existencia de una posible regulación cruzada entre ambas citoquinas. Así, se demostró que la presencia de IFN-γ aumenta la secreción de TNF-α por CMSP estimuladas con M.tb, mientras que esta citoquina dispara mecanismos pro- y anti-inflamatorios que regulan finamente los niveles de IFN- γ producidos por las células T en el contexto de la tuberculosis. A fin de comprender los mecanismos que regulan la señalización del receptor CD137 se desarrolló un Modelo Bayesiano Computacional (MBC). La construcción de este modelo implicó traducir en ecuaciones diferenciales los diferentes procesos inmunológicos que ocurren en el sistema experimental con el objetivo de utilizar herramientas bayesianas para extraer una mayor información de los resultados experimentales de la que se podría obtener a través de un análisis estadístico tradicional. Los resultados del MBC predicen un efecto directo del receptor CD137 sobre las células T y sugieren que la regulación de los niveles de IFN-γ producidos por estos linfocitos, se basa en un aumento de la sobrevida de los mismos, más que en la inducción de la producción de dicha citoquina. Por otro lado, el MBC muestra que el mecanismo que da cuenta del efecto de CD137 sobre el TNF-α estaría basado en una disminución de la tasa de producción de dicha citoquina por las CPA y posiblemente, en un incremento de la apoptosis de estas células. Así, el MBC demostró ser una herramienta poderosa para comprender en profundidad los mecanismos de señalización del receptor CD137 durante la respuesta inmune humana frente a M. tuberculosis. El estudio de las vías de señalización a través de receptores linfocitarios durante la tuberculosis activa podría constituir un blanco potencial para la manipulación terapéutica, lo cual impactaría en el desarrollo de potenciales tratamientos contra la enfermedad. En particular, en este trabajo se presenta evidencia que propone al receptor CD137 como un posible candidato en la terapia contra la tuberculosis humana. Sin embargo, se deben tener en cuenta algunas precauciones a la hora de manipular este receptor con fines terapéuticos, dado que los anticuerpos agonistas anti-CD137 pueden causar severas anomalías en el sistema inmune del hospedador, tomando en consideración el hecho de que la vía CD137:CD137L opera de manera diferencial en las distintas células durante la respuesta inmune y adaptativa.

Abstract:

Protective immunity against Mycobacterium tuberculosis requires a Th-1 response dominated by IFN-γ secretion. Several signaling proteins contribute to the active up- or down-regulation during the priming of a T cell, modulating the level and pattern of cytokines produced by those cells upon antigen-stimulation. For example, during the immune response of the host against M. tuberculosis, we have demonstrated that SLAM and ICOS enhanced IFN-γ secretion whereas the SLAM associated protein (SAP), CD31 and PD-1 interfered with Th-1 responses. Another signaling molecule that participates in the regulation of T cell effector functions is the receptor CD137 (4-1BB), a member of the TNFR superfamily that can play a costimulatory role for T cell immunity upon binding with its ligand CD137L. In particular, it was reported that CD137:CD137L interactions boost CD8 T cell responses, although the expression profile of CD137 is now known to be quite broad, being present or induced on various types of immune cells, and not solely restricted within T lineage cells. Since the expression of CD137 has been reported to be sustained under conditions of persistent infection in chronically infected individuals, we hypothesized that CD137 and CD137L would have a role during innate and adaptive human responses against M. tuberculosis. By using in vitro cultures, we demonstrated that M. tuberculosis antigenstimulation of Peripheral Blood Mononuclear Cells increased both CD137 and CD137L expression on monocytes and NK cells from tuberculosis patients and healthy donors, but only up-regulated CD137 on T lymphocytes. CD137 pathway inhibits the levels of IFN-γ and TNF-α produced by monocytes and NK against M. tuberculosis. In contrast, CD137 significantly enhanced T cells effector functions and survival. In this way, CD137 inhibits early IFN-γ and TNF-α, produced mainly by NK cells and macrophages respectively, but, during late responses, stimulates IFN-γ produced by T cells, since continue inhibiting the major source of f TNF-α, the macrophages. Since CD137 regulates in opposite ways late IFN-γ and TNF-α, we studied a possible cross regulation between this two cytokines. We have demonstrated that IFN-γ increase TNF-α secretion by M.tb stimulated-PBCM. On the other hand, TNF-α triggered pro- and anti- inflammatory mechanisms that fine tune IFN-γ levels in the tuberculosis context. To make an insight in the possible mechanisms that account for the experimental data experimental data, we build a Bayesian Computational Model (BCM). The construction of this model implied to translate into differential equations those immunological processes occurring in the experimental system in order to use Bayesian tools to extract more information of the experimental results than the obtained through traditional statistical analysis. MBC results predict a direct effect of CD137 on T cells and suggest that the regulation of the levels of IFN-γ is based more on an increased survival of these cells, rather than the induction of the production of this cytokine. On the other hand, BCM shows that the mechanism that accounts the effect of CD137 on TNF-α is based on a decrease in the rate of TNF-α production by Antigen-Presenting Cells (APC), and possibly an increase in apoptosis of these cells. The MBC was shown to be a powerful tool for understanding the signaling mechanisms of CD137 in the human response to Mycobacterium tuberculosis. The understanding of the signaling pathways through lymphocytes receptors during active tuberculosis may have important implications for potential human therapies. In particular, in this work we show evidence to support CD137 receptor as a possible candidate for human therapy against tuberculosis. Nonetheless, caution must be used when designing ways to manipulate CD137 in human therapy, given that the agonistic anti-CD137 antibodies can cause severe immune system abnormalities and taking into consideration the fact that the CD137:CD137L pathway may operate differently in distinct cells during the innate and adaptive immune response.

Citación:

---------- APA ----------

Fernández Do Porto, Darío Augusto. (2013). La vía de CD137 regula de manera diferencial las respuestas innatas y adaptativas en el contexto de la tuberculosis humana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5354_FernandezDoPorto

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Fernández Do Porto, Darío Augusto. "La vía de CD137 regula de manera diferencial las respuestas innatas y adaptativas en el contexto de la tuberculosis humana". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2013.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5354_FernandezDoPorto

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