Microbe-induced activation of inflammatory cytokine response in human cells

Human body is in continuous contact with microbes. Although many microbes are harmless or beneficial for humans, pathogenic microbes possess a threat to wellbeing. Antimicrobial protection is provided by the immune system, which can be functionally divided into two parts, namely innate and adaptive immunity. The key players of the innate immunity are phagocytic white blood cells such as neutrophils, monocytes, macrophages and dendritic cells (DCs), which constantly monitor the blood and peripheral tissues. These cells are armed for rapid activation upon microbial contact since they express a variety of microbe-recognizing receptors. Macrophages and DCs also act as antigen presenting cells (APCs) and play an important role in the development of adaptive immunity. The development of adaptive immunity requires intimate cooperation between APCs and T lymphocytes and results in microbe-specific immune responses. Moreover, adaptive immunity generates immunological memory, which rapidly and efficiently protects the host from reinfection. Properly functioning immune system requires efficient communication between cells. Cytokines are proteins, which mediate intercellular communication together with direct cell-cell contacts. Immune cells produce inflammatory cytokines rapidly following microbial contact. Inflammatory cytokines modulate the development of local immune response by binding to cell surface receptors, which results in the activation of intracellular signalling and modulates target cell gene expression. One class of inflammatory cytokines chemokines has a major role in regulating cellular traffic. Locally produced inflammatory chemokines guide the recruitment of effector cells to the site of inflammation during microbial infection. In this study two key questions were addressed. First, the ability of pathogenic and non-pathogenic Gram-positive bacteria to activate inflammatory cytokine and chemokine production in different human APCs was compared. In these studies macrophages and DCs were stimulated with pathogenic Steptococcus pyogenes or non-pathogenic Lactobacillus rhamnosus. The second aim of this thesis work was to analyze the role of pro-inflammatory cytokines in the regulation of microbe-induced chemokine production. In these studies bacteria-stimulated macrophages and influenza A virus-infected lung epithelial cells were used as model systems. The results of this study show that although macrophages and DCs share several common antimicrobial functions, these cells have significantly distinct responses against pathogenic and non-pathogenic Gram-positive bacteria. Macrophages were activated in a nearly similar fashion by pathogenic S. pyogenes and non-pathogenic L. rhamnosus. Both bacteria induced the production of similar core set of inflammatory chemokines consisting of several CC-class chemokines and CXCL8. These chemokines attract monocytes, neutrophils, dendritic cells and T cells. Thus, the results suggest that bacteria-activated macrophages efficiently recruit other effector cells to the site of inflammation. Moreover, macrophages seem to be activated by all bacteria irrespective of their pathogenicity. DCs, in contrast, were efficiently activated only by pathogenic S. pyogenes, which induced DC maturation and production of several inflammatory cytokines and chemokines. In contrast, L. rhamnosus-stimulated DCs matured only partially and, most importantly, these cells did not produce inflammatory cytokines or chemokines. L. rhamnosus-stimulated DCs had a phenotype of "semi-mature" DCs and this type of DCs have been suggested to enhance tolerogenic adaptive immune responses. Since DCs have an essential role in the development of adaptive immune response the results suggest that, in contrast to macrophages, DCs may be able to discriminate between pathogenic and non-pathogenic bacteria and thus mount appropriate inflammatory or tolerogenic adaptive immune response depending on the microbe in question. The results of this study also show that pro-inflammatory cytokines can contribute to microbe-induced chemokine production at multiple levels. S. pyogenes-induced type I interferon (IFN) was found to enhance the production of certain inflammatory chemokines in macrophages during bacterial stimulation. Thus, bacteria-induced chemokine production is regulated by direct (microbe-induced) and indirect (pro-inflammatory cytokine-induced) mechanisms during inflammation. In epithelial cells IFN- and tumor necrosis factor- (TNF-) were found to enhance the expression of PRRs and components of cellular signal transduction machinery. Pre-treatment of epithelial cells with these cytokines prior to virus infection resulted in markedly enhanced chemokine response compared to untreated cells. In conclusion, the results obtained from this study show that pro-inflammatory cytokines can enhance microbe-induced chemokine production during microbial infection by providing a positive feedback loop. In addition, pro-inflammatory cytokines can render normally low-responding cells to high chemokine producers via enhancement of microbial detection and signal transduction.Immuunijärjestelmä suojaa elimistöä taudinauheuttajamikrobeilta ja pahanlaatuisilta solumuutoksilta. Elimistön mikrobipuolustukseen osallistuvat seerumin antimikrobiset proteiinit ja erityisesti veren valkosolut. Veren ja kudosten neutrofiilit, monosyytit, makrofagit, sekä dendriittisolut tarkkailevat ympäristöään mikrobien ja muiden taudinaiheuttajien varalta. Nämä valkosolutyypit ilmentävät lukuisia mikrobireseptoreja, joiden avulla ne tunnistavat mikrobirakenteita, kuten bakteerien pinnan lipopolysakkarideja, peptidoglykaania tai virusten kaksijuosteista RNA:ta. Tunnistustapahtuma käynnistää solunsisäisen signaalinvälityksen, mikä johtaa valkosolujen geeniluennan aktivoitumiseen sekä toiminnallisiin muutoksiin. Valkosoluaktivaation tavoittena on pysäyttää infektion leviäminen mahdollisimman nopeasti. Solujen välinen viestintä on ehdoton edellytys toimivalle immuunijärjestelmälle. Liukoiset sytokiiniproteiinit ovat yksi tärkeimmistä immuunivasteen välittäjäaineista. Sytokiinigeenien luenta käynnistyy nopeasti mikrobikohtaamisen seurauksena. Nämä tulehdustyyppiset sytokiinit, eli pro-inflammatoriset sytokiinit, säätelevät immunivasteen kehittymistä mm. aktivoiden antimikrobisten tekijöiden tuotantoa. Eräs sytokiiniryhmä kemokiinit - säätelee valkosoluliikennettä tulehdusalueella. Tässä työssä on vertailtu patogeenisen Streptococcus pyogenes ja ei-patogeenisen Lactobacillus rhamnosus-bakteerin kykyä aktivoida ihmisen valkosoluja. Tulokset osoittavat, että S. pyogenes aktivoi inflammatorisen välittäjäainevasteen makrofageissa ja kaikissa tutkituissa dendriittisolutyypeissä. Ihmisen immuunivaste näyttää siis aktivoituvan tehokkaasti S. pyogenes-bakteeria vastaan, mikä osaltaan johtaa tämän bakteerin tuhoamiseen ja infektion leviämisen estämiseen. Toisaalta voimakas välittäjäainetuotanto ja siitä mahdollisesti seuraava ylisuuri immuunivasteen aktivaatio saattaa pahimmillaan johtaa kudostuhoon tai streptokokki-infektion jälkitauteina kehittyviin autoimmuunitauteihin. Ei-patogeeninen, elimistön normaaliflooraan kuuluva maitohappobakteeri L. rhamnosus aktivoi makrofagit ja dendriittisolut vain osittain eikä saanut aikaan inflammatoristen välittäjäaineiden tuotantoa dendriittisoluista. Inflammatorisen vasteen puuttuminen voi osaltaan selittää elimistön ja sen normaalimikrobiston välistä toleranssia ja symbioottista vuorovaikutusta. Tässä työssä on lisäksi selvitetty pro-inflammatoristen sytokiinien vaikutuksia solujen välittäjäaineiden tuotantoon bakteeri- ja virusinfektiossa. Tulokset osoittavat, että infektion aikana tuotettavat pro-inflammatoriset sytokiinit, erityisesti interferoni (IFN)-, lisäävät patogeenisen S. pyogenes-bakteerin aikaansaamaa välittäjäainetuotantoa, mikä edelleen tehostaa immuunivasteen aktivaatiota. IFN-:n ja tuumorinekroositekijä-:n osoitettiin myös lisäävän solujen mikrobitunnistusreseptorien ja signaalinvälityskomponenttien ilmentymistä, minkä seurauksena epiteelisolujen virusvaste tehostui merkittävästi. Tulokset osoittavat, että tehokas immuunivasteen aktivaatio riippuu sekä suorista mikrobi-kohdesolu vuorovaikutuksista että infektion aikana tuotettavien sytokiinien välittämistä signaaleista

Suosittujen lastenkirjojen kasvatuksellisia sisältöjä : Tarkastelussa vuoden 2022 lainatuimpia ja myydyimpiä lastenkirjoja

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää vuoden 2022 suosituimpien lastenkirjojen kasvatuksellisia sisältöjä, sekä näiden kirjojen sisältöjen mahdollisia yhteneväisyyksiä. Laadullisen tutkimuksen aineistona toimii vuoden 2022 aikana, kolme Suomessa myydyintä, sekä kolme Pirkanmaan kirjastoverkoston alueella lainatuinta lastenkirjaa. Aineistona käytettävät myydyimmät lastenkirjat ovat eri kirjailijoiden teoksia, kolmen lainatuimman kirjan ollessa samojen kirjailijoiden kirjoittamia, saman kirjasarjan eri osia. Tutkimuksen teoreettisena viitekehyksenä käytetään teorioita kasvatuksesta ja lastenkirjallisuudesta, sekä teorioita lukemisen ja lastenkirjallisuuden suhteesta kasvatukseen. Kasvatus ajatellaan tässä tutkimuksessa jatkuvana prosessina, jota tapahtuu kaikkialla. Myös lastenkirjallisuuden ajatellaan olevan kasvattavaa. Joissakin tapauksissa lastenkirjallisuuden kasvatukselliset sisällöt voivat näyttäytyä vain arvojen välittämisenä, ja toisissa tapauksissa selkeämmin näkyvillä tavoilla. Lastenkirjallisuuden ajatellaan pyrkivän pääasiallisesti joko kasvattamaan tai viihdyttämään lukijoitaan, mutta usein läsnä ovat nämä molemmat puolet. Tutkimuksessa keskityttiin ainoastaan aineistona olevien teosten kirjallisiin sisältöihin, joita analysoitiin dialogisen tematisoinnin avulla. Merkittäviksi nähdyistä, kasvatuksellisiksi miellettävistä aineisto-otteista muodostettiin neljä teemaa, jotka ilmentävät aineiston keskeisimpiä kasvatuksellisia sisältöjä. Teemoiksi muodostettiin tunteisiin ja tunnetaitoihin liittyvät sisällöt, tapakulttuuriin liittyvät sisällöt, muiden avuliaisuuteen ja yhteisölliseen luottamukseen liittyvät sisällöt sekä ympäristöön liittyvät sisällöt. Tutkimuksen keskeisin tulos liittyy aineiston sisällölliseen yhteneväisyyteen. Vaikka aineistona olevat kirjat ovat erilaisia, niissä ilmenee monia samankaltaisia kasvatuksellisia sisältöjä. Erityisesti jännittämiseen liittyviä sisältöjä on monessa kirjassa. Myös muiden apuun ja tukeen luottamiseen liittyviä sisältöjä on nähtävillä useammassa kirjassa. Tutkimuksen tulokset vahvistavat lastenkirjallisuuden kasvatuksellisiin sisältöihin liittyvää teoriaa. Jokaisesta aineistona toimivasta kirjasta löydettiin ainakin joitakin kasvatuksellisiksi miellettäviä sisältöjä tai välitettäviä arvoja, riippumatta siitä, onko analyysin perusteella kirjan ensisijaisena pyrkimyksenä lukijan viihdyttäminen vai kasvattaminen

Relationship of faecal calprotectin and long-term outcomes in Finnish patients with Crohn's disease : retrospective multi-centre chart review study

Background and Aims: A retrospective non-interventional, multi-centre patient chart review study was conducted to investigate the association of faecal calprotectin (FC) 1 year (+/- 2 months) after biological therapy initiation with composite event-free survival (CEFS) consisting of surgical procedures, corticosteroid initiation, treatment failure or dose increase in patients with Crohn's disease (CD). In addition, the correlations of FC and other tests of disease activity were assessed. Materials and methods: Data on Finnish CD patients initiating a biological therapy between 2010 and 2016, were collected. The association of FC and CEFS was analysed with Kaplan-Meier and Cox proportional hazard modelling. The correlations were tested with Pearson's test. Results: Biological therapy was initiated in 186 patients, of which 87 (46.8%) had FC results available at 1 year and 80 had follow-up exceeding 14 months. The characteristics of patients with and without FC results were similar. Patients with elevated FC (>250 mu g/g) had a significantly increased risk of experiencing composite event (HR 3.4, 95% CI: 1.3-8.9; p = .013) when compared to patients with normal FC (FCPeer reviewe

Overcoming tumor resistance by heterologous adeno-poxvirus combination therapy

Successful cancer control relies on overcoming resistance to cell death and on activation of host antitumor immunity. Oncolytic viruses are particularly attractive in this regard, as they lyse infected tumor cells and trigger robust immune responses during the infection. However, repeated injections of the same virus promote antiviral rather than antitumor immunity and tumors may mount innate antiviral defenses to restrict oncolytic virus replication. In this article, we have explored if alternating the therapy virus could circumvent these problems. We demonstrate in two virus-resistant animal models a substantial delay in antiviral immune- and innate cellular response induction by alternating injections of two immunologically distinct oncolytic viruses, adenovirus, and vaccinia virus. Our results are in support of clinical development of heterologous adeno-/vaccinia virus therapy of cancer.Peer reviewe

The host response to the probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917: Specific up-regulation of the proinflammatory chemokine MCP-1

BACKGROUND: The use of live microorganisms to influence positively the course of intestinal disorders such as infectious diarrhea or chronic inflammatory conditions has recently gained increasing interest as a therapeutic alternative. In vitro and in vivo investigations have demonstrated that probiotic-host eukaryotic cell interactions evoke a large number of responses potentially responsible for the effects of probiotics. The aim of this study was to improve our understanding of the E. coli Nissle 1917-host interaction by analyzing the gene expression pattern initiated by this probiotic in human intestinal epithelial cells. METHODS: Gene expression profiles of Caco-2 cells treated with E. coli Nissle 1917 were analyzed with microarrays. A second human intestinal cell line and also pieces of small intestine from BALB/c mice were used to confirm regulatory data of selected genes by real-time RT-PCR and cytometric bead array (CBA) to detect secretion of corresponding proteins. RESULTS: Whole genome expression analysis revealed 126 genes specifically regulated after treatment of confluent Caco-2 cells with E. coli Nissle 1917. Among others, expression of genes encoding the proinflammatory molecules monocyte chemoattractant protein-1 ligand 2 (MCP-1), macrophage inflammatory protein-2 alpha (MIP-2α) and macrophage inflammatory protein-2 beta (MIP-2β) was increased up to 10 fold. Caco-2 cells cocultured with E. coli Nissle 1917 also secreted high amounts of MCP-1 protein. Elevated levels of MCP-1 and MIP-2α mRNA could be confirmed with Lovo cells. MCP-1 gene expression was also up-regulated in mouse intestinal tissue. CONCLUSION: Thus, probiotic E. coli Nissle 1917 specifically upregulates expression of proinflammatory genes and proteins in human and mouse intestinal epithelial cells

Role of endogenous microbiota, probiotics and their biological products in human health

Although gut diseases such as inflammatory bowel disease, mucositis and the alimentary cancers share similar pathogenetic features, further investigation is required into new treatment modalities. An imbalance in the gut microbiota, breached gut integrity, bacterial invasion, increased cell apoptosis to proliferation ratio, inflammation and impaired immunity may all contribute to their pathogenesis. Probiotics are defined as live bacteria, which when administered in sufficient amounts, exert beneficial effects to the gastrointestinal tract. More recently, probiotic-derived factors including proteins and other molecules released from living probiotics, have also been shown to exert beneficial properties. In this review we address the potential for probiotics, with an emphasis on probiotic-derived factors, to reduce the severity of digestive diseases and further discuss the known mechanisms by which probiotics and probiotic-derived factors exert their physiological effects.Gordon S. Howarth and Hanru Wan

Bordetella pertussis Infection Exacerbates Influenza Virus Infection through Pertussis Toxin-Mediated Suppression of Innate Immunity

Pertussis (whooping cough) is frequently complicated by concomitant infections with respiratory viruses. Here we report the effect of Bordetella pertussis infection on subsequent influenza virus (PR8) infection in mouse models and the role of pertussis toxin (PT) in this effect. BALB/c mice infected with a wild-type strain of B. pertussis (WT) and subsequently (up to 14 days later) infected with PR8 had significantly increased pulmonary viral titers, lung pathology and mortality compared to mice similarly infected with a PT-deficient mutant strain (ΔPT) and PR8. Substitution of WT infection by intranasal treatment with purified active PT was sufficient to replicate the exacerbating effects on PR8 infection in BALB/c and C57/BL6 mice, but the effects of PT were lost when toxin was administered 24 h after virus inoculation. PT had no effect on virus titers in primary cultures of murine tracheal epithelial cells (mTECs) in vitro, suggesting the toxin targets an early immune response to increase viral titers in the mouse model. However, type I interferon responses were not affected by PT. Whole genome microarray analysis of gene expression in lung tissue from PT-treated and control PR8-infected mice at 12 and 36 h post-virus inoculation revealed that PT treatment suppressed numerous genes associated with communication between innate and adaptive immune responses. In mice depleted of alveolar macrophages, increase of pulmonary viral titers by PT treatment was lost. PT also suppressed levels of IL-1β, IL-12, IFN-γ, IL-6, KC, MCP-1 and TNF-α in the airways after PR8 infection. Furthermore PT treatment inhibited early recruitment of neutrophils and NK cells to the airways. Together these findings demonstrate that infection with B. pertussis through PT activity predisposes the host to exacerbated influenza infection by countering protective innate immune responses that control virus titers