La reprogramación metabólica inducida por patrones moleculares de la pared fúngica regula la expresión de citoquinas

Switch from OXPHOS to glycolysis is considered a characteristic of activated immune cells. However, some stimuli might enhance both routes concomitantly. The connection between the tricarboxylic acid cycle and cytokine expression was scrutinized in human monocyte-derived dendritic cells stimulated with the fungal surrogate zymosan. Nucleocytosolic citrate drove IL1B, IL10, and IL23A expression by yielding acetyl-CoA and oxaloacetate, the latter one supporting glycolysis and OXPHOS by maintaining cytosolic NAD+ and mitochondrial NADH levels through mitochondrial shuttles. Succinate dehydrogenase (SDH) showed a subunit-specific ability to modulate cytokine expression. SDHA activity supported cytokine expression through the control of 2-oxoglutarate/succinate ratio, while SDHC and SDHD underpinned cytokine expression through electron flux from complex II to complex III of the electron transport chain. These results show that fungal patterns support cytokine expression through glycolysis and OXPHOS supported by pyruvate, citrate, and succinate, along with the compartmentalized NAD(H) redox state maintained by mitochondrial shuttles.Las células dendríticas (CDs) desarrollan funciones fundamentales para la defensa del individuo y la homeostasis tisular por su capacidad para responder a las modificaciones del microentorno, pero pueden producir respuestas nocivas si no se controlan adecuadamente. Sus funciones efectoras están íntimamente ligadas a cambios en el metabolismo celular. Las primeras investigaciones en lo que se denomina inmunometabolismo, desvelaron una reprogramación metabólica inducida por patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs) y patrones de daño intracelular (DAMPs) similar a la observada en células tumorales, donde se produce glucólisis anaeróbica incluso en presencia de oxígeno. Este fenómeno se conoce como metabolismo Warburg. Sin embargo, los estudios más recientes han mostrado que los PAMPs producen cambios metabólicos mucho más complejos, que dependen del tipo de estímulo y del tiempo. Las CDs estimuladas con el patrón fúngico denominado zymosan, aumentan la glucólisis y la fosforilación oxidativa (OXPHOS), en un proceso dependiente de glucosa y glutamina. En consonancia con estos cambios, la modulación farmacológica de la lanzadera mitocondrial malato-aspartato, que regenera el poder reductor del sistema NAD+/NADH nucleocitosólico, mantiene ambas vías energéticas e influye sobre el patrón transcripcional de las citoquinas IL-23 e IL-10. El mantenimiento de la OXPHOS a través de los flujos de los intermediarios metabólicos del ciclo de Krebs, regula la expresión de citoquinas inducida por los PAMPs. El flujo de piruvato a la mitocondria y su descarboxilación por el complejo de la piruvato deshidrogenasa (PDC) es necesario para la transcripción de las citoquinas IL-23 e IL-10, al permitir la acetilación de histonas en los promotores de los genes que codifican estas citoquinas. Este proceso depende del transporte de citrato desde la mitocondria al compartimento nucleocitosólico, lo que produce una discontinuidad en el ciclo de Krebs. Asimismo, la estimulación con zymosan reduce la actividad de la succinato deshidrogenasa (SDH) y junto a la anaplerosis de glutamina eleva los niveles de succinato y modifica la razón α-cetoglutarato ( α-KG)/succinato. Tomados en conjunto, los resultados permiten asociar la regulación transcripcional de la expresión de citoquinas en respuesta al zymosan con los flujos de intermediarios metabólicos de la glucólisis, el ciclo de los TCA y la OXPHOS.Escuela de DoctoradoDoctorado en Investigación Biomédic

Reprogramación metabólica y transcripcional en células del sistema inmune

El sistema inmune está constituido por un conjunto de células y elementos humorales cuya función es la detección y eliminación de los microorganismos patógenos que afectan a la supervivencia de los organismos pluricelulares. Esta propiedad del sistema inmune se sintetizó por Burnet en los años 60 en el concepto de la capacidad para reconocer lo propio de lo extraño “self non-self model”. Posteriormente, Janeway modificó esta idea añadiendo que la propiedad característica de las células inmunes era la distinción de “Lo propio no infeccioso de lo infeccioso no propio”, lo que dio carta de naturaleza al reconocimiento de los patrones moleculares como elementos fundamentales en el reconocimiento de patógenos. En el sistema inmune participan de forma coordinada elementos celulares y humorales para responder eficientemente a la infección. En los organismos superiores se pueden diferenciar la respuesta inmune innata y la adaptativa, teniendo en cuenta la especificidad de cada una de ellas. La inmunidad innata y la adaptativa persiguen la detección y eliminación del patógeno. Para lo que siguen una estrategia común que consiste en identificar al patógeno, activar la célula o molécula adecuada y desplegar la función efectora asociada a esa célula o sistema de activación.Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y FisiologíaMáster en Investigación Biomédic

Tricarboxylic acid cycle activity and remodeling of glycerophosphocholine lipids support cytokine induction in response to fungal patterns

Producción CientíficaIncreased glycolysis parallels immune cell activation, but the role of pyruvate remains largely unexplored. We found that stimulation of dendritic cells with the fungal surrogate zymosan causes decreases of pyruvate, citrate, itaconate, and a-ketoglutarate, while increasing oxaloacetate, succinate, lactate, oxygen consumption, and pyruvate dehydrogenase activity. Expression of IL10 and IL23A (the gene encoding the p19 chain of IL-23) depended on pyruvate dehydrogenase activity. Mechanistically, pyruvate reinforced histone H3 acetylation, and acetate rescued the effect of mitochondrial pyruvate carrier inhibition, most likely because it is a substrate of the acetyl-CoA producing enzyme ACSS2. Mice lacking the receptor of the lipid mediator platelet-activating factor (PAF; 1-O-hexadecyl-2-acetyl-sn-glycero-3-phosphocholine) showed reduced production of IL-10 and IL-23 that is explained by the requirement of acetyl-CoA for PAF biosynthesis and its ensuing autocrine function. Acetyl-CoA therefore intertwines fatty acid remodeling of glycerophospholipids and energetic metabolism during cytokine induction.Plan Nacional de Salud y Farmacia (Proyectos SAF2013-44521-R, SAF2017-83079-R, BFU2014-53469-P, and BFU201)4- 53469-PJunta de Castilla y León - Fondo Social Europeo (Proyecto CSI035P17