IL-4, IL-13 and IFN-γ -induced genes in highly purified human neutrophils

Interleukin (IL)-4 and IL-13 are related cytokines with well-known specific roles in type 2 immune response. However, their effects on neutrophils are not completely understood. For this, we studied human primary neutrophil responses to IL-4 and IL-13. Neutrophils are dose-dependently responsive to both IL-4 and IL-13 as indicated by signal transducer and activator of transcription 6 (STAT6) phosphorylation upon stimulation, with IL-4 being more potent inducer of STAT6. IL-4-, IL-13- and Interferon (IFN)-γ-stimulated gene expression in highly purified human neutrophils induced both overlapping and unique gene expression in highly purified human neutrophils. IL-4 and IL-13 specifically regulate several immune-related genes, including IL-10, tumor necrosis factor (TNF) and leukemia inhibitory factor (LIF), while type1 immune response-related IFN-γ induced gene expression related for example, to intracellular infections. In analysis of neutrophil metabolic responses, oxygen independent glycolysis was specifically regulated by IL-4, but not by IL-13 or IFN-γ, suggesting specific role for type I IL-4 receptor in this process. Our results provide a comprehensive analysis of IL-4, IL-13 and IFN-γ -induced gene expression in neutrophils while also addressing cytokine-mediated metabolic changes in neutrophils.publishedVersionPeer reviewe

Low IL-13Rα1 expression on mast cells tunes them unresponsive to IL-13

Cytokine-mediated mast cell regulation enables precise optimization of their own proinflammatory cytokine production. During allergic inflammation, interleukin (IL)-4 regulates mast cell functions, tissue homing, and proliferation, but the direct role of closely related IL-13 for mast cell activation remains unclear. Previous work has shown that mast cells are potent IL-13 producers, but here we show that mouse mast cells do not directly respond to IL-13 by Stat6 activation, as they do not express measurable amount of IL-13 receptor α1 (IL-4Rα1) messenger RNA. Consequently, IL-4 responses are mediated via type I IL-4R (IL-4/IL4Rα/γC), and IL-4-induced Stat6 activation is abolished in γC-deficient mast cells. Type II IL-4R deficiency (IL-13Rα1 knockout) has no effect on IL-4-induced Stat6 activation. In basophils, both IL-4 and IL-13 induce Stat6 activation in wild-type and γC-deficient cells, while in type II IL-4R-deficient basophils, IL-4 signaling is impaired at low ligand concentration. Thus, mast cell and basophil sensitivity to IL-4/IL-13 is different, and in mast cells, lack of IL-13Rα1 expression likely explains their unresponsiveness to IL-13.publishedVersionPeer reviewe

Effect of inactivated nature-derived microbial composition on mouse immune system

Introduction: The hygiene hypothesis suggests that decrease in early life infections due to increased societal-level hygiene standards subjects one to allergic and autoimmune diseases. In this report, we have studied the effect of sterilized forest soil and plant-based material on mouse immune system and gut microbiome. Methods: Inbred C57Bl/6 mice maintained in normal sterile environment were subjected to autoclaved forest soil-derived powder in their bedding for 1 h a day for 3 weeks. Immune response was measured by immune cell flow cytometry, serum cytokine enzyme-linked immunoassay (ELISA) and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) analysis. Furthermore, the mouse gut microbiome was analyzed by sequencing. Results: When compared to control mice, mice treated with soil-derived powder had decreased level of pro-inflammatory cytokines namely interleukin (IL)-17F and IL-21 in the serum. Furthermore, splenocytes from mice treated with soil-derived powder expressed less IL-1b, IL-5, IL-6, IL-13, and tumor necrosis factor (TNF) upon cell activation. Gut microbiome appeared to be stabilized by the treatment. Conclusions: These results provide insights on the effect of biodiversity on murine immune system in sterile environment. Subjecting mice to soil-based plant and microbe structures appears to elicit immune response that could be beneficial, for example, in type 2 inflammation-related diseases, that is, allergic diseases.Peer reviewe

TRPA1 Mediates Contact Hypersensitivity Induced by 2,4-Dinitrochlorobenzene

publishedVersionNon peer reviewe

Expression of a novel carbonic anhydrase, CA XIII, in normal and neoplastic colorectal mucosa

BACKGROUND: Carbonic anhydrase (CA) isozymes may have an important role in cancer development. Some isozymes control pH homeostasis in tumors that appears to modulate the behaviour of cancer cells. CA XIII is the newest member of the CA gene family. It is a cytosolic isozyme which is expressed in a number of normal tissues. The present study was designed to investigate CA XIII expression in prospectively collected colorectal tumor samples. METHODS: Both neoplastic and normal tissue specimens were obtained from the same patients. The analyses were performed using CA XIII-specific antibodies and an immunohistochemical staining method. For comparison, the tissue sections were immunostained for other cytosolic isozymes, CA I and II. RESULTS: The results indicated that the expression of CA XIII is down-regulated in tumor cells compared to the normal tissue. The lowest signal was detected in carcinoma samples. This pattern of expression was quite parallel for CA I and II. CONCLUSION: The down-regulation of cytosolic CA I, II and XIII in colorectal cancer may result from reduced levels of a common transcription factor or loss of closely linked CA1, CA2 and CA13 alleles on chromosome 8. Their possible role as tumor suppressors should be further evaluated

Allergisen sytokiiniympäristön vaikutus myeloisiin soluihin

Immuunipuolustus kohtaa jatkuvasti hyökkäyksiä ulkopuoleltaan ja rajojensa sisäpuolelta: bakteerit, virukset, loiset, eläinperäiset myrkyt, allergeenit ja kudoksissa syntyvät syöpäsolut ovat vakava uhka eliöille. Puolustaakseen elimistöä, immuunipuolustuksen on kontrolloitava onnistuneesti monimutkaista verkostoa, joka koostuu erilaisista soluista jotka toimivat yhteistyössä ja tasapainossa. Tässä immuunipuolustuksen verkoston keskiössä on solujen välinen signalointi pienillä, sytokiineiksi kutsutuilla molekyyleillä. Jos immuunipuolustuksen mekanismien ja solujen kontrollointi epäonnistuu, immuunivasteet saattavat suuntautua kohti vaarattomia antigeenejä tai kehon omia kudoksia ja lopputuloksena voi syntyä allergia tai autoimmuunitauti. Tässä väitöskirjassa selvitettiin mekanismeja, joilla immuunijärjestelmä kontrolloi allergisia vasteita. Olemme keskittyneet sytokiinisignalointiin ja myeloisiin soluin, erityisesti syöttösoluihin ja dendriittisoluihin. Väitöskirjan ensimmäisessä osatyössä hyödynsimme hiiren vatsaontelon syöttösoluja sekä transgeenistä DsRed-reportterihiirtä näyttääksemme, että hiiren syöttösolut tarvitsevat kaksivaiheisen sytokiinisignaalin tuottaakseen tehokkaasti interleukiini (IL)-13:a. IL-13 on avainsytokiini allergisessa tulehduksessa, ja sillä on tärkeä merkitys allergiaan liittyvien fysiologisten muutosten aikaansaamisessa. Nämä kaksi signaalia tulevat syöttösolulle IL-3:lta ja IL-33:lta. Toisessa osatyössä selvitimme, miten TSLP (thymic stromal lymphopoietin) signaloi dendriittisoluissa. TSLP:tä tuotetaan erityisesti epiteelisoluissa vasteena vaarasignaaleihin, kuten allergeeneihin, ja sen on ajateltu ajavan allergiaan liittyviä, tyypin 2 auttaja-T-soluvasteita dendriittisolujen kautta. Osoitimme, että IL-4 indusoi IL-7-reseptori α:n (IL-7Rα) ylössäätelyä dendriittisoluissa sekä in vitro että in vivo. Tämä reseptori on osa TSLP-reseptorikompleksia, joka on välttämätön TSLP-signaloinnille. Viimeisessä osatyössä käytimme poistogeenistä hiirimallia tutkiaksemme, miten R-Rasin poistaminen vaikuttaisi allergisiin immuunivasteisiin papaiini-immunisaation aikana. R-Ras on pieni GTPaasi, joka on hiljattain yhdistetty immunologisen synapsin muodostumiseen dendriittisolujen ja T-solujen välille. Kokeissamme R-Rasin suhteen poistogeeniset hiiret kykenivät tuottamaan immunoglobuliini (Ig)-E-vasteita normaaleihin hiiriin verrattavalla tavalla, joten tässä kontekstissa R-Ras ei ollut vasteelle välttämätön. Tietääksemme tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa selvitettiin R-Rasin roolia allergiassa. Yhteenvetona, tuloksemme asettavat oikeille paikoille muutaman palan lisää allergisen tulehduksen palapelissä. Vaikka emme löytäneet osaa R-Rasille allergisen tulehduksen aikaansaamisessa, paljastimme tärkeitä yksityiskohtia syöttösolujen IL-13-tuoton säätelystä. Tuloksemme esittelevät myös uuden mekanismin TSLP-signaloinnin säätelyyn. Koska allergiset sairaudet ovat yleistyneet dramaattisesti viime vuosikymmeninä länsimaissa ja länsimaistuneissa maissa – siinä määrin, että niistä on tullut merkittävät taakka sekä yksilö- että yhteiskuntatasolla – on ehdottoman tärkeää pyrkiä huolellisesti selvittämään allergian taustalla olevat molekulaariset mekanismit.The immune system faces constant attacks from the outside and within its boundaries: bacteria, viruses, parasites, venoms, allergens and cancerous cells of the self all pose a serious threat to the host organism. In order to defend the host, the immune system must successfully control an incredibly complex network of different cells that work in cooperation and equilibrium. In the heart of this immune cell network is signaling by small messenger molecules called cytokines. If the control of immune functions fails, the immune responses may become directed towards innocuous antigens or the cells and tissues of the host itself and the end result is allergy or autoimmunity. In this study, we aimed to elucidate the mechanisms how the immune system controls allergic responses. We have focused on cytokine signaling and myeloid cells, especially mast cells and dendritic cells. In the first part of the study, we utilized peritoneal mast cells and a transgenic DsRed reporter mouse to demonstrate that mouse mast cells require a two-step signal in order to produce efficiently interleukin (IL)-13. IL-13 is a key cytokine in allergic inflammation, mediating many of the physiological changes associated with allergy. We discovered that these two signals are provided by IL-3 and IL-33. In the second part, we studied how thymic stromal lymphopoietin (TSLP) signals in dendritic cells. TSLP is produced mainly by epithelial cells (ECs) in response to danger signals, such as allergens, and it is thought to drive allergy-associated type 2 responses through dendritic cells. We found that IL-4 induces the upregulation of IL-7 receptor α (IL-7Rα), a subunit of the TSLP receptor complex that is needed for TSLP signaling, both in vitro and in vivo. Lastly, we investigated in a knockout mouse model how the deficiency of R-Ras might affect allergic immune responses caused by papain. R-Ras is a small GTPase that has recently been associated with the formation of the immunological synapse between dendritic cells and T cells. In our experiments, R-Ras knockout mice were able to mount immunoglobulin (Ig)E responses comparable to those of wild type mice and R-Ras was dispensable in this context. To our knowledge, this was the first study to explore the role of R-Ras in allergy. Collectively, our results offer a few more pieces to the puzzle of allergic inflammation. While we could not find a place for R-Ras in the induction of allergic inflammation, we revealed important details of the induction of IL-13 by mast cells. Our findings also introduce a new mechanism for the regulation of TSLP signaling. As the prevalence of allergic diseases has risen dramatically in western and westernized countries during the last few decades - reaching a point where these disorders have become a substantial burden on the individual and societal level – all effort is needed in investigating the underlying molecular mechanisms

Expression of regulatory T cell -associated genes in white blood cells

Tutkimuksen tausta ja tavoitteet: Viime vuosikymmeninä allergia sekä erilaiset autoimmuunisairaudet ovat yleistyneet länsimaissa ja länsimaistuneissa maissa. Näissä sairauksissa immuunijärjestelmän toiminta on muuttunut epänormaaliksi. Yhdeksi syyksi arvellaan parantunutta hygieniaa ja siitä seurannutta infektioiden vähenemistä. Immuunijärjestelmän häiriöt ilmenevät mm. lymfosyyttien tiettyjen geenien ilmentymisen muutoksina sekä säätelijä-T-solujen toiminnan ja määrän poikkeamina. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli optimoida reaaliaikainen PCR-menetelmä immunosuppressiivisten sytokiinien, IL-10:n ja TGF-β:n havaitsemiseksi ihmisen mononukleaarisista soluista. Lisäksi PCR-menetelmä kehitettiin keskeisen immuunijärjestelmän säätelijägeenin, Foxp3:n, ilmentymisen tutkimiseksi. Pitkän tähtäimen suunnitelmana oli luoda menetelmä, jolla voitaisiin tutkia näiden geenien ilmentymistä immunologisissa häiriöissä sekä infektioissa. Tavoitteena oli myös testata tätä menetelmää DIPP-tutkimukseen osallistuneiden lasten näytteillä sekä in vitro –valkosolustimulaatiokokeella. Tutkimusmenetelmät: Tutkimuksessa käytettiin terveiltä vapaaehtoisilta sekä DIPP-tutkimukseen osallistuneilta lapsilta saatuja mononukleaaristen leukosyyttien näytteitä. Valkosolustimulaatiokokeessa vapaaehtoisilta saatuja soluja stimuloitiin tunnetuilla immuunijärjestelmää stimuloivilla aineilla. Soluista eristettiin RNA, joka RT-reaktiossa käännettiin cDNA:ksi. Saatua cDNA:ta käytettiin PCR-ajossa templaattina, jotta saatiin määritettyä relatiivisella kvantifikaatiolla tutkittavien geenien ilmentymisen määrä ko. näytteissä. Tutkimustulokset: Reaaliaikainen PCR-menetelmä optimoitiin onnistuneesti immunosuppressiivisille sytokiineille sekä Foxp3:lle. IL-10:n ilmentyminen oli hieman voimistunut lapsilla, joilla oli ollut useita enterovirusinfektioita. Valkosolustimulaatiokokeessa useat stimulantit aikaansaivat lisääntynyttä IL-10:n sekä Foxp3:n ilmentämistä. Vastaavaa ei havaittu TGF-β:n kohdalla. Johtopäätökset: Tutkimuksessa kehitettiin reaaliaikainen PCR-menetelmä, jota voi käyttää luotettavasti IL-10:n, TGF-β:n sekä Foxp3:n ilmentymisen tutkimiseen veren mononukleaarisissa soluissa sekä in vitro –valkosolustimulaatiokokeissa. Menetelmää voidaan käyttää näiden geenien ilmentymisen määrittämiseen erilaisten immunologisten häiriöiden yhteydessä

Allergisen sytokiiniympäristön vaikutus myeloisiin soluihin

Immuunipuolustus kohtaa jatkuvasti hyökkäyksiä ulkopuoleltaan ja rajojensa sisäpuolelta: bakteerit, virukset, loiset, eläinperäiset myrkyt, allergeenit ja kudoksissa syntyvät syöpäsolut ovat vakava uhka eliöille. Puolustaakseen elimistöä, immuunipuolustuksen on kontrolloitava onnistuneesti monimutkaista verkostoa, joka koostuu erilaisista soluista jotka toimivat yhteistyössä ja tasapainossa. Tässä immuunipuolustuksen verkoston keskiössä on solujen välinen signalointi pienillä, sytokiineiksi kutsutuilla molekyyleillä. Jos immuunipuolustuksen mekanismien ja solujen kontrollointi epäonnistuu, immuunivasteet saattavat suuntautua kohti vaarattomia antigeenejä tai kehon omia kudoksia ja lopputuloksena voi syntyä allergia tai autoimmuunitauti. Tässä väitöskirjassa selvitettiin mekanismeja, joilla immuunijärjestelmä kontrolloi allergisia vasteita. Olemme keskittyneet sytokiinisignalointiin ja myeloisiin soluin, erityisesti syöttösoluihin ja dendriittisoluihin. Väitöskirjan ensimmäisessä osatyössä hyödynsimme hiiren vatsaontelon syöttösoluja sekä transgeenistä DsRed-reportterihiirtä näyttääksemme, että hiiren syöttösolut tarvitsevat kaksivaiheisen sytokiinisignaalin tuottaakseen tehokkaasti interleukiini (IL)-13:a. IL-13 on avainsytokiini allergisessa tulehduksessa, ja sillä on tärkeä merkitys allergiaan liittyvien fysiologisten muutosten aikaansaamisessa. Nämä kaksi signaalia tulevat syöttösolulle IL-3:lta ja IL-33:lta. Toisessa osatyössä selvitimme, miten TSLP (thymic stromal lymphopoietin) signaloi dendriittisoluissa. TSLP:tä tuotetaan erityisesti epiteelisoluissa vasteena vaarasignaaleihin, kuten allergeeneihin, ja sen on ajateltu ajavan allergiaan liittyviä, tyypin 2 auttaja-T-soluvasteita dendriittisolujen kautta. Osoitimme, että IL-4 indusoi IL-7-reseptori α:n (IL-7Rα) ylössäätelyä dendriittisoluissa sekä in vitro että in vivo. Tämä reseptori on osa TSLP-reseptorikompleksia, joka on välttämätön TSLP-signaloinnille. Viimeisessä osatyössä käytimme poistogeenistä hiirimallia tutkiaksemme, miten R-Rasin poistaminen vaikuttaisi allergisiin immuunivasteisiin papaiini-immunisaation aikana. R-Ras on pieni GTPaasi, joka on hiljattain yhdistetty immunologisen synapsin muodostumiseen dendriittisolujen ja T-solujen välille. Kokeissamme R-Rasin suhteen poistogeeniset hiiret kykenivät tuottamaan immunoglobuliini (Ig)-E-vasteita normaaleihin hiiriin verrattavalla tavalla, joten tässä kontekstissa R-Ras ei ollut vasteelle välttämätön. Tietääksemme tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa selvitettiin R-Rasin roolia allergiassa. Yhteenvetona, tuloksemme asettavat oikeille paikoille muutaman palan lisää allergisen tulehduksen palapelissä. Vaikka emme löytäneet osaa R-Rasille allergisen tulehduksen aikaansaamisessa, paljastimme tärkeitä yksityiskohtia syöttösolujen IL-13-tuoton säätelystä. Tuloksemme esittelevät myös uuden mekanismin TSLP-signaloinnin säätelyyn. Koska allergiset sairaudet ovat yleistyneet dramaattisesti viime vuosikymmeninä länsimaissa ja länsimaistuneissa maissa – siinä määrin, että niistä on tullut merkittävät taakka sekä yksilö- että yhteiskuntatasolla – on ehdottoman tärkeää pyrkiä huolellisesti selvittämään allergian taustalla olevat molekulaariset mekanismit.The immune system faces constant attacks from the outside and within its boundaries: bacteria, viruses, parasites, venoms, allergens and cancerous cells of the self all pose a serious threat to the host organism. In order to defend the host, the immune system must successfully control an incredibly complex network of different cells that work in cooperation and equilibrium. In the heart of this immune cell network is signaling by small messenger molecules called cytokines. If the control of immune functions fails, the immune responses may become directed towards innocuous antigens or the cells and tissues of the host itself and the end result is allergy or autoimmunity. In this study, we aimed to elucidate the mechanisms how the immune system controls allergic responses. We have focused on cytokine signaling and myeloid cells, especially mast cells and dendritic cells. In the first part of the study, we utilized peritoneal mast cells and a transgenic DsRed reporter mouse to demonstrate that mouse mast cells require a two-step signal in order to produce efficiently interleukin (IL)-13. IL-13 is a key cytokine in allergic inflammation, mediating many of the physiological changes associated with allergy. We discovered that these two signals are provided by IL-3 and IL-33. In the second part, we studied how thymic stromal lymphopoietin (TSLP) signals in dendritic cells. TSLP is produced mainly by epithelial cells (ECs) in response to danger signals, such as allergens, and it is thought to drive allergy-associated type 2 responses through dendritic cells. We found that IL-4 induces the upregulation of IL-7 receptor α (IL-7Rα), a subunit of the TSLP receptor complex that is needed for TSLP signaling, both in vitro and in vivo. Lastly, we investigated in a knockout mouse model how the deficiency of R-Ras might affect allergic immune responses caused by papain. R-Ras is a small GTPase that has recently been associated with the formation of the immunological synapse between dendritic cells and T cells. In our experiments, R-Ras knockout mice were able to mount immunoglobulin (Ig)E responses comparable to those of wild type mice and R-Ras was dispensable in this context. To our knowledge, this was the first study to explore the role of R-Ras in allergy. Collectively, our results offer a few more pieces to the puzzle of allergic inflammation. While we could not find a place for R-Ras in the induction of allergic inflammation, we revealed important details of the induction of IL-13 by mast cells. Our findings also introduce a new mechanism for the regulation of TSLP signaling. As the prevalence of allergic diseases has risen dramatically in western and westernized countries during the last few decades - reaching a point where these disorders have become a substantial burden on the individual and societal level – all effort is needed in investigating the underlying molecular mechanisms

Expression of regulatory T cell -associated genes in white blood cells

Tutkimuksen tausta ja tavoitteet: Viime vuosikymmeninä allergia sekä erilaiset autoimmuunisairaudet ovat yleistyneet länsimaissa ja länsimaistuneissa maissa. Näissä sairauksissa immuunijärjestelmän toiminta on muuttunut epänormaaliksi. Yhdeksi syyksi arvellaan parantunutta hygieniaa ja siitä seurannutta infektioiden vähenemistä. Immuunijärjestelmän häiriöt ilmenevät mm. lymfosyyttien tiettyjen geenien ilmentymisen muutoksina sekä säätelijä-T-solujen toiminnan ja määrän poikkeamina. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli optimoida reaaliaikainen PCR-menetelmä immunosuppressiivisten sytokiinien, IL-10:n ja TGF-β:n havaitsemiseksi ihmisen mononukleaarisista soluista. Lisäksi PCR-menetelmä kehitettiin keskeisen immuunijärjestelmän säätelijägeenin, Foxp3:n, ilmentymisen tutkimiseksi. Pitkän tähtäimen suunnitelmana oli luoda menetelmä, jolla voitaisiin tutkia näiden geenien ilmentymistä immunologisissa häiriöissä sekä infektioissa. Tavoitteena oli myös testata tätä menetelmää DIPP-tutkimukseen osallistuneiden lasten näytteillä sekä in vitro –valkosolustimulaatiokokeella. Tutkimusmenetelmät: Tutkimuksessa käytettiin terveiltä vapaaehtoisilta sekä DIPP-tutkimukseen osallistuneilta lapsilta saatuja mononukleaaristen leukosyyttien näytteitä. Valkosolustimulaatiokokeessa vapaaehtoisilta saatuja soluja stimuloitiin tunnetuilla immuunijärjestelmää stimuloivilla aineilla. Soluista eristettiin RNA, joka RT-reaktiossa käännettiin cDNA:ksi. Saatua cDNA:ta käytettiin PCR-ajossa templaattina, jotta saatiin määritettyä relatiivisella kvantifikaatiolla tutkittavien geenien ilmentymisen määrä ko. näytteissä. Tutkimustulokset: Reaaliaikainen PCR-menetelmä optimoitiin onnistuneesti immunosuppressiivisille sytokiineille sekä Foxp3:lle. IL-10:n ilmentyminen oli hieman voimistunut lapsilla, joilla oli ollut useita enterovirusinfektioita. Valkosolustimulaatiokokeessa useat stimulantit aikaansaivat lisääntynyttä IL-10:n sekä Foxp3:n ilmentämistä. Vastaavaa ei havaittu TGF-β:n kohdalla. Johtopäätökset: Tutkimuksessa kehitettiin reaaliaikainen PCR-menetelmä, jota voi käyttää luotettavasti IL-10:n, TGF-β:n sekä Foxp3:n ilmentymisen tutkimiseen veren mononukleaarisissa soluissa sekä in vitro –valkosolustimulaatiokokeissa. Menetelmää voidaan käyttää näiden geenien ilmentymisen määrittämiseen erilaisten immunologisten häiriöiden yhteydessä