Modulation of Human Peripheral Blood Mononuclear Cell Signaling by Medicinal Cannabinoids

Medical marijuana is increasingly prescribed as an analgesic for a growing number of indications, amongst which terminal cancer and multiple sclerosis. However, the mechanistic aspects and properties of cannabis remain remarkably poorly characterized. In this study we aimed to investigate the immune-cell modulatory properties of medical cannabis. Healthy volunteers were asked to ingest medical cannabis, and kinome profiling was used to generate comprehensive descriptions of the cannabis challenge on inflammatory signal transduction in the peripheral blood of these volunteers. Results were related to both short term and long term effects in patients experimentally treated with a medical marijuana preparation for suffering from abdominal pain as a result of chronic pancreatitis or other causes. The results reveal an immunosuppressive effect of cannabinoid preparations via deactivation of signaling through the pro-inflammatory p38 MAP kinase and mTOR pathways and a concomitant deactivation of the pro-mitogenic ERK pathway. However, long term cannabis exposure in two patients resulted in reversal of this effect. While these data provide a powerful mechanistic rationale for the clinical use of medical marijuana in inflammatory and oncological disease, caution may be advised with sustained use of such preparations

Modulation of human peripheral blood mononuclear cell signaling by medicinal cannabinoids

Medical marijuana is increasingly prescribed as an analgesic for a growing number of indications, amongst which terminal cancer and multiple sclerosis. However, the mechanistic aspects and properties of cannabis remain remarkably poorly characterized. In this study we aimed to investigate the immune-cell modulatory properties of medical cannabis. Healthy volunteers were asked to ingest medical cannabis, and kinome profiling was used to generate comprehensive descriptions of the cannabis challenge on inflammatory signal transduction in the peripheral blood of these volunteers. Results were related to both short term and long term effects in patients experimentally treated with a medical marijuana preparation for suffering from abdominal pain as a result of chronic pancreatitis or other causes. The results reveal an immunosuppressive effect of cannabinoid preparations via deactivation of signaling through the pro-inflammatory p38 MAP kinase and mTOR pathways and a concomitant deactivation of the pro-mitogenic ERK pathway. However, long term cannabis exposure in two patients resulted in reversal of this effect. While these data provide a powerful mechanistic rationale for the clinical use of medical marijuana in inflammatory and oncological disease, caution may be advised with sustained use of such preparations

Lipopolysaccharide-induced apoptosis of macrophages determines the up-regulation of concentrative nucleoside transporters Cnt1 and Cnt2 through tumor necrosis factor-alpha-dependent and -independent mechanisms

In murine bone marrow macrophages, lipopolysaccharide (LPS) induces apoptosis through the autocrine production of tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), as demonstrated by the fact that macrophages from TNF-alpha receptor I knock-out mice did not undergo early apoptosis. In these conditions LPS up-regulated the two concentrative high affinity nucleoside transporters here shown to be expressed in murine bone marrow macrophages, concentrative nucleoside transporter (CNT) 1 and 2, in a rapid manner that is nevertheless consistent with the de novo synthesis of carrier proteins. This effect was not dependent on the presence of macrophage colony-stimulating factor, although LPS blocked the macrophage colony-stimulating factor-mediated up-regulation of the equilibrative nucleoside transport system es. TNF-alpha mimicked the regulatory response of nucleoside transporters triggered by LPS, but macrophages isolated from TNF-alpha receptor I knock-out mice similarly up-regulated nucleoside transport after LPS treatment. Although NO is produced by macrophages after LPS treatment, NO is not involved in these regulatory responses because LPS up-regulated CNT1 and CNT2 transport activity and expression in macrophages from inducible nitric oxide synthase and cationic amino acid transporter (CAT) 2 knock-out mice, both of which lack inducible nitric oxide synthesis. These data indicate that the early proapoptotic responses of macrophages, involving the up-regulation of CNT transporters, follow redundant regulatory pathways in which TNF-alpha-dependent- and -independent mechanisms are involved. These observations also support a role for CNT transporters in determining extracellular nucleoside availability and modulating macrophage apoptosis

Decisiones en los macrófagos: proliferar, activarse o morir.

El objetivo de esta Tesis ha consistido en estudiar diversos aspectos de la biología de los macrófagos, células clave en el desarrollo de la respuesta inmunitaria. Los macrófagos se caracterizan por ser células que en los tejidos se encuentran proliferando y manteniendo su viabilidad gracias a la presencia de factores de crecimiento. Sin embargo, cuando reciben un estímulo activador, ya sea el IFN-gamma, principal activador endógeno de los macrófagos o bien el LPS, componente de las bacterias Gram negativas, dejan de proliferar y pasan a activarse y a desarrollar sus funciones características, como son la expresión de citocinas proinflamatorias (como el TNF-alfa Il-1beta, IL-6), la producción de NO o bien la expresión de las moléculas del MHC II. En algunos casos, por ejemplo en ausencia de factores de crecimiento o bien estimulados con LPS, los macrófagos experimentan apoptosis o muerte celular. Este trabajo se ha centrado en estudiar las diferentes vías de señalización que participan en las distintas respuestas de los macrófagos (como proliferación, activación, supervivencia y apoptosis). En este sentido se ha demostrado que la vía de señalización de MEK/ERK es esencial para los procesos de proliferación y activación, aunque lo hace con una cinética distinta. Mientras que estímulos proliferativos generan un pico corto y rápido de activación, estímulos que inducen la activación de los macrófagos como por ejemplo el LPS, la cinética de activación de estas quinasas es más tardía. Esta cinética de activación de ERK diferencial nos permite discernir entre estímulos proliferativos y activadores. Además se ha demostrado que el IFN-gamma, aunque no activa a las quinasas ERK, induce un alargamiento en el tiempo de la activación de estas quinasas a través de la inhibición de la expresión de MKP-1 inducida por factores de crecimiento. El alargamiento de actividad de ERK, inhibe la expresión de "c-myc", proteína indispensable para la progresión del ciclo celular y por tanto inhibe la proliferación de los macrófagos. Por otro lado, hemos demostrado que la vía de señalización de PI-3K/AKT es la responsable de la expresión de p21Waf1 y responsable de la respuesta de supervivencia de los macrófagos debida a factores de crecimiento y otros agentes. También hemos visto que la ciclosporina, un inmunosupresor ampliamente utilizado para evitar el rechazo de los transplantes, inhibe la actividad de ERK inducida por el M-CSF lo que produce un bloqueo de la proliferación. Este efecto es independiente de la fosfatasa Calcineurina, principal diana de la ciclosporina. Además, también se ha analizado como el entorno celular puede afectar a las respuestas de proliferación y activación de los macrófagos. Se ha demostrado que un aumento de adhesión producido por la decorina y fibronectina inhibe la proliferación de los macrófagos a través de la expresión de p27Kip1 y la prolongación de la actividad ERK. La decorina aumenta la activación de los macrófagos a través del secuestro del TGF-beta? producido de forma endógena por estas células. Por ultimo el LPS, aunque es un buen activador de los macrófagos, induce apoptosis en determinadas situaciones, por ejemplo cuando dicha estimulación se produce de forma incorrecta, es decir, en ausencia de IFN-gamma o bien debido a dosis elevadas de LPS, responsables del shock séptico. La apoptosis inducida por el LPS se produce a través de dos vías de señalización independientes. Una primera vía mas temprana debida a la secreción autocrina de TNF-alfa y una segunda vía mas tardía, basada en la producción de NO. La apoptosis de los macrófagos inducida por el LPS se da principalmente a través de la producción de TNF-alfa que esta regulada mayoritariamente por PKC-epsilon a través de la modulación de la actividad JNK

Myeloid p38α signaling promotes intestinal IGF‐1 production and inflammation‐associated tumorigenesis

Abstract The protein kinase p38α plays a key role in cell homeostasis, and p38α signaling in intestinal epithelial cells protects against colitis‐induced tumorigenesis. However, little is known on the contribution of p38α signaling in intestinal stromal cells. Here, we show that myeloid cell‐specific downregulation of p38α protects mice against inflammation‐associated colon tumorigenesis. The reduced tumorigenesis correlates with impaired detection in the colon of crucial chemokines for immune cell recruitment. We identify insulin‐like growth factor‐1 (IGF‐1) as a novel mediator of the p38α pathway in macrophages. Moreover, using genetic and pharmacological approaches, we confirm the implication of IGF‐1 produced by myeloid cells in colon inflammation and tumorigenesis. We also show a correlation between IGF‐1 pathway activation and the infiltration of myeloid cells with active p38α in colon samples from patients with ulcerative colitis or colon cancer. Altogether, our results uncover an important role for myeloid IGF‐1 downstream of p38α in colitis‐associated tumorigenesis and suggest the interest in evaluating IGF‐1 therapies for inflammation‐associated intestinal diseases, taking into consideration IGF‐1 signaling and immune cell infiltration in patient biopsies