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Mecanismos moleculares que regulan la activación clásica y alternativa en los macrófagos

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Universitat de Barcelona. Departament de Fisiologia (Biologia)

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[spa] Los macrófagos son células fagocíticas pertenecientes al sistema inmunitario que participan tanto en la respuesta innata como en la adaptativa. En presencia de M-CSF, su estímulo mitogénico específico, proliferan, mientras que el tratamiento con estímulos activadores como el IFN-γ  o el LPS hace que detengan su proliferación, se activen y pasen así a ejercer sus funciones específicas. En este contexto, existen dos tipos de citocinas con capacidad de activar al macrófago, las llamadas citocinas de tipo Th1 y las de tipo Th2. Las citocinas de tipo Th1 como el IFN-γ  inducen en los macrófagos un patrón de activación llamado "clásico" cuya finalidad es provocar una respuesta de tipo proinflamatoria que acabará por eliminar la presencia de agentes patógenos. Por el contrario, las citocinas de tipo Th2 como la IL-4 inducen una activación "alternativa" en los macrófagos, cuya finalidad es la de llevar a cabo la reparación y remodelación tisular tras la respuesta proinflamatoria. En este estudio hemos observado, por primera vez, que la activación alternativa del macrófago cumple también la dicotomía proliferación/activación observada bajo estímulos clásicos e inhibe la proliferación del macrófago en el umbral entre las fases G1 y S del ciclo celular. En este sentido, hemos visto que tanto el IFN-γ  como la IL-4 inducen un alargamiento en el tiempo de la cinética de activación de la MAPK ERK-1/2, encargada de regular la proliferación del macrófago en respuesta al M-CSF. Esta MAPK es regulada por la fosfatasa MKP-,1 quien se encarga de defosforilarla. Así, en presencia del M-CSF, MKP-1 se induce para regular a ERK-1/2 mientras que el IFN-γ  y la IL-4 bloquean su expresión de forma dependiente de STAT. La inhibición directa de MKP-1 mediante tecnología de RNA de interferencia induce también un alargamiento de la actividad de ERK-1/2 y, en consecuencia, una parada de la proliferación, corroborando así los resultados obtenidos previamente. También hemos analizado el estado de activación de los complejos cdk2/cicE, encargados de la progresión del ciclo celular entre las fases G1 y S. Hemos visto que, mientras que el M-CSF induce la expresión de la ciclina E y, en consecuencia, la activación del complejo cdk2/cicE, tanto el IFN-γ  como la IL-4 inhiben a ambos, explicando así el mecanismo utilizado por estas citocinas para mantener la parada en G1. Este bloqueo de la actividad cdk2/cicE es llevado a cabo gracias a la acción del inhibidor de cdk p21Waf1. Sin embargo, aunque ambas citocinas inducen la expresión de esta proteína, utilizando células knockout para p21Waf1 hemos demostrado que sólo la parada inducida por la IL-4 es dependiente de esta proteína, lo cual sugiere que el IFN-γ  y la IL-4 utilizan vías de señalización distintas para ejercer funciones celulares similares. Por otro lado, hemos analizado también la implicación de la vía de las MAPK en la activación alternativa del macrófago. En este aspecto hemos demostrado que, aunque la expresión de los principales genes responsables de dicha activación es dependiente de STAT6, la acción de JNK1 ejerce un efecto sinérgico sobre su inducción, ya que la inhibición de esta quinasa resulta en una disminución de la expresión de dichos genes. El mecanismo mediante el cual JNK1 ejerce esta función no está aún del todo claro. Sin embargo, los resultados obtenidos mediante ensayos de inmunoprecipitacion de cromatina sugieren que JNK1 podría estar fosforilando a determinados cofactores en las zonas promotoras de algunos genes, colaborando así con la actividad del factor de transcripción STAT6.

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[eng] Macrophages play a crucial role as regulators of immune response. They are originated from bone marrow stem cells and, in response of growth factors and particularly to macrophage colony-stimulating factor (M-CSF), they proliferate and differentiate. We have previously observed that activation of extracellularly regulated kinase (ERK) 1/2 is required for macrophage proliferation in response to growth factors. A short and early pattern of ERK activity correlated with the proliferative response. In contrast, slightly prolonged patterns of activity of these kinases were induced by signals that lead to macrophage activation and growth arrest. IFN-γ  is the main endogenous Th1 type macrophage activator and IL-4 is the main Th2 type one. While M-CSF withdrawal arrested the cell cycle at early G1, treatment of macrophages with IFN-γ  or IL-4 stopped the cell cycle later, at the G1/S boundary. IFN-γ  and IL-4 induced the expression of the Cdk inhibitor p21Waf1. Using knockout mice and siRNA experiments, we found that p21Waf1 is required for IL-4- but not for IFN-γ -dependent inhibition of proliferation. Moreover, both IFN-γ  and IL-4 elongate the activity pattern of the MAPK ERK-1/2 through the inhibition of the phosphatase MKP-1, which in fact results in a decrease of proliferation. Moreover, inhibition of MKP-1 expression using siRNA technology or synthetic inhibitors also led to elongated ERK activity and significant blockage of M-CSF-dependent proliferation. On the other hand, we have also analyzed the relationship between IL-4 and the MAPK pathway on the context of the alternative activation of macrophages. The IL-4 signaling pathway involves activation of STAT-6. However, IL-4 has also the capability to activate members of the MAPK family. In primary bone marrow-derived macrophages, we have observed strong activation of JNK-1 at early time points of IL-4 stimulation, whereas weak activation of ERK-1/2 and p38 were detected at a more delayed stage. By using selective inhibitors and knockout models, we have explored the contributions of MAPK activation to the macrophage response to IL-4. Our findings indicate that JNK-1 regulate IL-4-mediated expression of genes typically involved in alternative activation such as arginase 1.

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Tesis Doctorals - Departament - Fisiologia (Biologia)

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Mecanismos moleculares que regulan la activación clásica y alternativa en los macrófagos