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Uso de las histonas circulantes y sus modificaciones post-traduccionales como biomarcadores en sepsis y shock séptico

Abstract

La sepsis es una afección potencialmente mortal causada por una respuesta anormal del huésped a una infección, produciendo respuestas fisiológicas alteradas que dañan los propios tejidos del paciente y pueden provocar disfunción orgánica e incluso la muerte. Asimismo, algunos pacientes sépticos progresan a shock séptico, caracterizado por alteraciones circulatorias, celulares y metabólicas sustanciales que aumentan el riesgo de mortalidad. A pesar de que la sepsis se caracteriza por un mal funcionamiento del sistema inmunológico, lo que a su vez conduce a una respuesta inmune alterada e inmunosupresión, la alta complejidad de la fisiopatología de la sepsis requiere una mayor investigación para comprender las respuestas inmunes que ocurren durante la sepsis. Asimismo, las histonas extracelulares circulantes han ganado relevancia como mediadores citotóxicos en la sepsis, ya que actúan como patrones moleculares asociados a daño, que inducen estrés oxidativo y activan el inflamasoma NLRP3. Estos mecanismos median la activación de la piroptosis, un mecanismo de muerte celular programada que produce inflamación mediante la expresión de IL-18, IL-1β and IL-1α. Sin embargo, a pesar de la evidencia de activación del inflamasoma en las células inmunes durante la sepsis, se desconoce si las histonas extracelulares son capaces de activar los inflamasomas endoteliales y sus consecuencias. En este trabajo destacamos el papel previamente desconocido de las histonas extracelulares, mediando la activación del inflamasoma NLRP3 y la piroptosis en las células endoteliales, contribuyendo a la disfunción endotelial y la desregulación de la respuesta inmune mediada por el endotelio. Asimismo, también demostramos cómo la acetilación de histonas disminuye la activación de la piroptosis. Además, demostramos que la piroptosis se produce en pacientes con shock séptico y los niveles de histonas circulantes se correlacionan con la expresión de citoquinas proinflamatorias y citoquinas piroptóticas, la liberación de factores de adhesión endotelial y la gravedad de la enfermedad. Proponemos la piroptosis mediada por histonas como un nuevo objetivo para desarrollar intervenciones clínicas. De manera similar, hemos analizado las respuestas inmunorelacionadas que ocurren durante las primeras etapas de la sepsis con el objetivo de proporcionar nuevos datos comparando las cantidades de citoquinas, inmunomoduladores y otros mediadores endoteliales en pacientes críticamente enfermos no sépticos, sépticos y de shock séptico. Nuestro enfoque ayudará a caracterizar rápidamente las respuestas inmunes alteradas en pacientes sépticos y de shock séptico ingresados en la Unidad de Cuidados Intensivos. Finalmente analizamos el papel de la metilación del ADN en el control del sistema inmune séptico. Nuestros resultados demostraron el papel central de la metilación del ADN modulando la respuesta molecular en los pacientes de shock séptico y contribuyendo a la inmunosupresión, a través de la alteración de los patrones de metilación de los promotores de IL-10 y TREM-2.Sepsis is a life-threatening condition caused by an abnormal host response to an infection that produce altered physiological responses which damages own tissues of the patient and can result in organ dysfunction and in some cases death. Likewise, a subset of septic patients progresses to septic shock, characterized by substantial circulatory, cellular and metabolic abnormalities, which substantially increase the risk of mortality. Sepsis is characterized by a malfunction of the immune system and it can lead to an altered immune response and immunosuppression. Moreover, the high complexity of the pathophysiology of sepsis requires of further investigation to characterize the immune responses in sepsis and septic shock. Likewise, circulating extracellular histones have gained relevance as cytotoxic mediators in sepsis pathophysiology, since they act as damage-associated molecular patterns, which induce oxidative stress and activate NLRP3 inflammasome. Subsequently, inflammasome mediates pyroptosis activation, a programmed cell death mechanism that produces inflammation through the release of IL-18, IL-1β and IL-1α. However, despite inflammasome activation may occur in immune cells during sepsis, it is unknown if this process also takes place in endothelial cells and particularly whether extracellular histones are capable of activating endothelial inflammasomes and their consequences. In this work we highlight a previously unknown role for extracellular histones, that mediates the activation of NLRP3 inflammasome and pyroptosis in endothelial cells by contributing to endothelial dysfunction and the dysregulation of the immune response mediated by endothelium. Likewise, we demonstrated how histone acetylation decreases pyroptosis activation. Furthermore, we show how pyroptosis occurs in septic shock patients and how circulating histone levels correlate with the expression of pro-inflammatory and pyroptotic cytokines, the release of endothelial adhesion factors and septic shock severity. We propose histone-mediated pyroptosis as a new target to develop clinical interventions. Similarly, we have analyzed the immune-related responses occurring during the early stages of sepsis with the aim of providing new data by comparing the amounts of cytokines, immune modulators and other endothelial mediators in critically-ill non-septic patients, septic and septic shock patients. Our approach will help to rapidly characterize the altered immune responses in septic and septic shock patients admitted in the Intensive Care Unit. Finally, we also analyzed the role of DNA methylation in the control of septic immune system. Our results demonstrated the central role of DNA methylation modulating the molecular response in septic shock patients and contributing to immunosuppression, through the alteration of DNA methylation patterns of IL-10 and TREM2 promoters

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Last time updated on 20/03/2022

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