In vitro and in vivo studies of retinoic acid effect on mouse T cells

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010A vitamina A tem um forte impacto em vários sistemas do organismo, particularmente no sistema imune. A deficiência desta vitamina pode provocar alterações no número e função de diversos tipos celulares como neutrófilos, macrófagos e linfócitos T. Carências alimentares, falhas na absorção ou diminuição de transportadores da vitamina A têm a capacidade de modificar a resposta imune. O mesmo é aplicado aos derivados desta vitamina que, após ser ingerida sob a forma de retinol, pode ser degradada em diversos compostos, entre os quais, o ácido retinóico. De natureza hidrofóbica e através de transportadores e receptores específicos, o ácido retinóico consegue actuar sobre uma grande variedade de células. Esta capacidade leva a que o ácido retinóico possa modelar fenómenos tão distintos como o desenvolvimento, manutenção de epitélios e até a visão. Segundo estudos publicados, esta forma activa da vitamina A parece também ter impacto no desenvolvimento das células T in vivo. Dentro do timo é possível distinguir diferentes tipos de populações celulares, de acordo com diferentes marcadores de superfície expressos por cada uma delas. Os timócitos que passam pelo processo de maturação e selecção tímica são identificados pela expressão de moléculas CD4 e/ou CD8, sendo chamadas de duplamentenegativas (CD4- CD8-), duplamente-positivas (CD4+ CD8+), e finalmente de singularmente-positivas CD4 ou CD8 (celulas CD4+ CD8- ou CD4- CD8+, respectivamente). Dentro das moléculas que influem na selecção tímica das células T podemos encontrar o receptor da célula T (TCR) e alguns co-receptores. O TCR está acoplado a moléculas do complexo CD3 e a sua estimulação pode ser mimetizada pela activação deste complexo. Quando anti-CD3 é injectado em murganhos é possível eliminar em grande escala as células duplamente-positivas. A maturação das células T ocorre na periferia após o contacto com antigénios. Nas células T podemos encontrar as células T reguladoras (Tregs), essenciais na supressão da resposta imune. Algumas destas células expressam CD4 e Foxp3, marcador pelo qual são actualmente identificadas. Na sua maioria podem também expressar CD25, um dos componentes do receptor de IL-2, também conhecido como marcador de activação celular. As Tregs têm um papel central dentro do sistema imunitário, controlando o desenvolvimento de doenças auto-imunes. Porém, a sua geração dentro do timo continua a ser pouco entendida. Compreender as Tregs e todas as células T na sua geração e função ajudará a perceber e controlar o sistema imune nas situações de equilíbrio e doença. Fora do timo (na periferia) existem outras substâncias que têm impacto na modelação da conversão periférica de Tregs, como TGF-β ou ácido retinóico. Esta forma activa da vitamina A foi descrita como sendo colaboradora na diferenciação de células T reguladoras a partir de células T CD4 maduras via TGF-β. Este fenómeno de conversão periférica é apenas conhecido a partir de células T CD4 maduras de orgãos linfóides secundários. Não se sabe que papel poderá o ácido retinóico desempenhar na geração primária de Tregs dentro do timo. Identificada a presença de enzimas que catalisam a formação de ácido retinóico a partir de retinal, em células epiteliais tímicas, surgem evidências de que possa haver um papel destinado ao ácido retinóico na geração de timócitos. Estas enzimas existem igualmente em células dendríticas CD103+, residentes no tracto gastro-intestinal, células essenciais à produção de ácido retinóico e consequente conversão periférica das Tregs. Face aos factos apresentados, o principal objectivo deste projecto é entender o papel do ácido retinóico no desenvolvimento de células T dentro do Timo. Com esta dissertação pretende-se: 1) Estudar o efeito do ácido retinóico no número e geração de células T com e sem anti-CD3; 2) Conhecer a acção do ácido retinóico nas interacções celulares das Tregs dentro do timo; 3) Aprofundar os conhecimentos sobre a cinética do ácido retinóico em murganhos. De modo a cumprir os objectivos traçados, foi desenvolvida uma abordagem in vitro e in vivo em murganhos, com paragem do tratamento com ácido retinóico em tempos específicos. Em ambas as situações foi estudado o efeito conjunto do ácido retinóico com o anti-CD3. Desconhecendo a cinética da acção do ácido retinóico no murganho, escolheram-se dois intervalos de tempo (20h e 40h), tendo como base estudos de depleção de células duplamente-positivas in vivo. Foram estabelecidas culturas in vitro de timócitos com várias doses de ácido retinóico. Os tratamentos in vivo com e sem ácido retinóico (300μg/animal) em murganhos, com posterior análise de timócitos, foram apenas uma parte do estudo destinado a perceber o efeito no número de células T. A análise de timócitos foi efectuada recorrendo à citometria de fluxo, onde foi possível quantificar a expressão de CD4, CD8, CD25 e Foxp3 de acordo com os compostos testados. De forma a complementar este dados, foram também realizadas experiências in vivo sob uma perspectiva única e inovadora, com aquisição e análise de imagens intravitais de timos pertencentes a animais tratados ou não com ácido retinóico (300μg/animal). Deste modo, este estudo permitiu revelar não só o efeito do ácido retinóico no número de células T, bem como importantes interacções celulares que ocorrem durante a geração de células Tregs. Sabe-se que estas interacções são fundamentais no desenvolvimento dos primeiros timócitos Foxp3+ que advêm do compartimento das duplamente-positivas. Se as Tregs estiverem confinadas em diferentes “nichos” dentro do órgão, apenas a imagem intravital permite a sua observação. Este protocolo que inclui todos os procedimentos cirúrgicos necessários, foi desenvolvido pelo orientador deste projecto. Tendo ao seu dispor um microscópio 2-fotões, o Dr. Carlos Tadokoro adquiriu importantes dados preliminares que possibilitaram a aprendizagem e obtenção de imagens com os respectivos resultados e conclusões. Este estudo fornece indícios da função do ácido retinóico, embora não permita perceber o efeito do RA nas vias intracelulares da geração de células T. À luz dos dados recolhidos pode-se concluir que o efeito do ácido retinóico é potenciado apenas após 40h de tratamento, embora não pareça ter acção sinergética com o anti- CD3. Parece não existir qualquer efeito significativo sobre as Tregs embora esta substância, por si só, tenha impacto na diminuição de células duplamente-positivas. Não se verificaram alterações no número de células T CD4+ ou CD8+ 40h após o tratamento com RA. O efeito sobre as células duplamente-positivas pode afectar todos os compartimentos celulares subjacentes, nos quais se incluem as singularmentepositivas. Talvez o efeito do RA sobre as Tregs seja visível mais tarde, após a acção no desenvolvimento de células T não-Tregs. Através da imagem intravital no timo, verificou-se que a velocidade das Tregs dentro do timo não aumentou após o tratamento com 300 μg/murganho. Esta menor mobilidade pode indicar maior tempo de contacto célula-célula, o que por sua vez, pode evidenciar maior quantidade de contactos longos e estáveis com células apresentadoras de antigénios. Este contacto com antigénios é muito importante na educação tímica das células T, que são seleccionadas conforme a resposta que apresentam via TCR. Qualquer resposta abaixo do limiar ou mesmo de elevada afinidade, leva à delecção ou anergia das células, evitando assim respostas inadequadas do sistema imune. Este estudo sobre o ácido retinóico permitiu elucidar importantes questões embora continue muito por esclarecer. Toda e qualquer ponte entre a nutrição e a imunologia necessita de mais e melhores estudos para que se possa compreender o papel de nutrientes modeladores da resposta imune. Só assim poder-se-á partir para uma abordagem terapêutica, onde seja possível orientar o sistema imune e contornar algumas patologias indesejáveis.Vitamin A has a strong impact inside the immune system, as vitamin A deficiency is able to modify the immune response against infection, neutrophils function, and T cells numbers. Retinoic acid (RA) is one of vitamin A active compounds, and it is effective in peripheral conversion of mature CD4 T cells into regulatory T cells (Tregs) by TGF-β. RA produced by dendritic cells in the gut, or exogenously given, is able to increase numbers of CD4+ Foxp3+ T cells. Tregs are critical to maintain immune regulation and prevention of autoimmune manifestations. Inside the thymus, where T cells are primarily generated, there is evidence that epithelial cells produce enzymes capable of convert retinol into RA. Since there is RA modulation in the periphery, we decided to test the role of retinoic acid in T cells development inside the thymus. To accomplish this goal, in vitro and in vivo studies were performed in mice, in two different timepoints: 20h and 40h. In addition, anti-CD3 depletion effect on T cells was study in coordination with RA action. In vitro thymocytes cultures, in vivo treatments on B6 and B10.PL mice, and intravital imaging of thymus were performed during this project. The results show that RA had much thymic influence after 40h of treatment, causing DP depletion. Moreover, RA seems to not interfere with anti-CD3 effect on DP depletion. All together, this results show that RA is potentially a modulator on thymic T cell development. However, more studies are needed to complement and to comprehend the acquired data. Understanding the connections between nutrition and immunology can be essential to know how to modulate immune response and to attempt new therapeutical and safe strategies towards disease