Induction of COX-2 enzyme and down-regulation of COX-1 expression by lipopolysaccharide (LPS) control prostaglandin E2 production in astrocytes

Pathological conditions and pro-inflammatory stimuli in the brain induce cyclooxygenase-2 (COX-2), a key enzyme in arachidonic acid metabolism mediating the production of prostanoids that, among other actions, have strong vasoactive properties. Although low basal cerebral COX-2 expression has been reported, COX-2 is strongly induced by pro-inflammatory challenges, whereas COX-1 is constitutively expressed. However, the contribution of these enzymes in prostanoid formation varies depending on the stimuli and cell type. Astrocyte feet surround cerebral microvessels and release molecules that can trigger vascular responses. Here, we investigate the regulation of COX-2 induction and its role in prostanoid generation after a pro-inflammatory challenge with the bacterial lipopolysaccharide (LPS) in astroglia. Intracerebral administration of LPS in rodents induced strong COX-2 expression mainly in astroglia and microglia, whereas COX-1 expression was predominant in microglia and did not increase. In cultured astrocytes, LPS strongly induced COX-2 and microsomal prostaglandin-E2 (PGE2) synthase-1, mediated by the MyD88-dependent NFκB pathway and influenced by mitogen-activated protein kinase pathways. Studies in COX-deficient cells and using COX inhibitors demonstrated that COX-2 mediated the high production of PGE2 and, to a lesser extent, other prostanoids after LPS. In contrast, LPS down-regulated COX-1 in an MyD88-dependent fashion, and COX-1 deficiency increased PGE2 production after LPS. The results show that astrocytes respond to LPS by a COX-2-dependent production of prostanoids, mainly vasoactive PGE2, and suggest that the coordinated down-regulation of COX-1 facilitates PGE2 production after TLR-4 activation. These effects might induce cerebral blood flow responses to brain inflammation

La Via JAK/STAT com a mediadora de respostes a l'estrès oxidatiu, La inflamació i la immunitat innata en astròcits

[spa] En la isquemia cerebral se desarrolla un proceso inflamatorio que contribuye a incrementar la muerte neural. La presencia de células necróticas promueve la activación de la respuesta inmune innata que contribuye a iniciar el proceso inflamatorio. Las citoquinas actúan de mediadoras de la respuesta inmunitaria e inflamatoria. Durante la reoxigenación después de la isquemia, se generan especies reactivas de oxígeno (ERO) que aumentan el daño por reperfusión. En respuesta a la isquemia cerebral, se activan proteínas de la via de señalización JAK/STAT. Esta vía participa en la respuesta celular a los ERO y a las citoquinas. De modo que la inflamación, la respuesta inmune innata y el estrés oxidativo son los procesos derivados de la isquemia/reperfusión que potencialmente pueden activar la vía JAK/STAT. La vía JAK/STAT utiliza un mecanismo en el cual los factores de transcripción STAT que se hayan en estado latente en el citoplasma son fosforilados en tirosina por las quinasas de la familia Janus, dando lugar a la dimerización y translocación al núcleo de las STATs. Las proteínas STAT modulan la expresión de genes relacionados con la diferenciación, la inflamación y la supervivencia. El objetivo de esta tesis es el estudio de la activación de la vía JAK/STAT en respuesta al estrés oxidativo, la inflamación y la inmunidad innata en astrocitios. La vía Jak2/Stat1 se activa en respuesta a citoquinas proinflamatorias, como IFN-gamma y interleuquina-6, y peróxido de hidrógeno en astrocitos, y promueve la muerte celular a las 24 horas. El tratamiento con el inhibidor de Jak2, AG490, previene de la muerte demostrando la implicación de la vía Jak2/Stat1 en la muerte. La activación de la vía Jak2/Stat1 es específica de peróxidos, ya que tratamientos con otros agentes proxidantes, tales como el sulfato de hierro (donador de iones hidroxilo), el nitroprusiato (donador de óxido nítrico) o el paraquato (donador de aniones superóxido) inducen la generación de EROs pero no activan a Stat1. De manera que el peróxido de hidrógeno induce específicamente la activación de la vía Jak2/Stat1. Paralelamente, los tratamientos con peróxido de hidrógeno y los compuestos antioxidantes trolox y propilgallato, inhiben la generación de EROs pero no detienen la activación de Stat1, mientras que el tratamiento de peróxido de hidrógeno con el antioxidante N-acetil-cisteína no reduce la producción de EROs y si inhibe la activación de Stat1. Estos resultados demuestran que la activación de Stat1 y la generación de EROs son efectos independientes. En el siguiente trabajo se demuestra que los siRNAs (por small interfering RNAs) inducen efectos inespecíficos en determinados tipos celulares de manera dependiente de secuencia e independiente del efecto silenciador. En cultivo glial mixto, el tratamiento con siRNAs aumenta la expresión de Stat1 y de otras moléculas proinflamatorias como iNOS, la citoquina IL-6 y las quimiocinas IP-10 e IP-9. La adición de un grupo O-metilo en la cadena sense del siRNA no impide el silenciamiento de la proteína para la cual es específico, y si inhibe el incremento de la expresión de los marcadores inflamatorios que se han estudiado. La activación de la inmunidad innata se observa en cultivo de glía mixta y en cultivo puro de astrocitos, pero no tiene en cultivo de microglía pura ni en la línea celular no glial 3T3, demostrando que los astrocitos son particularmente sensibles a desarrollar respuestas inmunes innatas frente al tratamiento con siRNAs. En este trabajo se demuestra que los siRNA activan la respuesta inmune innata en astrocitos activando el receptor TLR3, puesto que el tratamiento con siRNA, del mismo modo que el tratamiento con el agonista de TLR3, poly di dC, induce un aumento de la expresión de este receptor. En esta tesis, se pone de manifiesto el papel de la vía JAK/STAT en la modulación del estrés oxidativo, la inflamación y la inmunidad innata