Az apoptótikus sejtek fagocitózisa és gyulladási folyamatok kapcsolata = Phagocytosis of apoptotic cells and its relationship to inflammatory processes

Egér apopto-fagocita rendszerben megállapítottuk, hogy bakteriális lipopoliszacharid (LPS) stimulált makrofágok (MF) szöveti transzglutamináz (TG2) hiányában is képesek csökkenteni gyulladási citokin termelésüket apoptotikus sejttel kapcsolatba kerülve. Ugyanakkor a TG2 elvesztése érzékenyíti a MF-okat az LPS indukált gyulladási válaszra, minek hatására a sejtek több TNF alfa-t és IL-6-ot termelnek. Megnövekedett gyulladási citokin termelés független az TG2 hiányos MF-ok kisebb aktív TGFb termeléstől, és hátterében egyrészről a sejtek felszínén kompenzatórikus módon felszaporodó integrin b3 (ITGb3) receptor által fenntartott, emelkedett Src kináz aktivitás áll, másrészről a TG2-ről kimutatták, hogy az ITGb3 ko-receptoraként képes gátolni az Src aktiválódását, így hiánya szintén Src aktiválódáshoz vezet. Az aktivált Src kináz tovább foszforilálja az intergrin b3-at, és közvetve aktiválja az NF-kB transzkripciós faktort, amely a sejtmagba bejutva elindítja a gyulladási citokinek transzkripcióját. Kimutattuk továbbá, hogy az apoptotikus sejtek fagocitózisa során keletkező adenozin az A2A receptorán keresztül képes gátolni az LPS indukált MIP-2 és IL-6 citokinek termelődését. A2A receptor hiányában az apoptotikus sejtet fagocitáló MF-ok több nitrogén monoxidot valamint MIP-2 és KC neutrofil kemoattraktánsokat termelnek, amely fokozott gyulladási válaszhoz vezet in vivo. | In mouse apopto-phagocytic model we have shown that in the absence of tissue transglutaminase (TG2) bacterial lipopolysaccharide (LPS) stimulated macrophages (MP) retain their ability to decrease inflammatory cytokine production upon contact with apoptotic cells. However, the loss the TG2 sensitizes MPs to LPS induced inflammatory response resulting in increased TNF-alpha and IL-6 production. The increased pro-inflammatory cytokine production is independent of decreased active TGF-beta production of TG2 deficient MPs and is caused by elevated Src kinase signaling sustained by the compensatory increased cell surface integrin b3 (ITGb3) receptor level. Moreover, TG2 complexes with ITGb3 on the cell surface thereby suppressing Src kinase, so loss of TG2 leads further Src activation. Activated Src phosphorylates ITGb3 and indirectly activates NF-kB transcription factor which translocates to the nucleus and initiates transcription of pro-inflammatory cytokines. We also have shown that the adenosine produced during the phagocytosis of apoptotic cells inhibits MIP-2 and IL-6 cytokine production via its A2A receptor. In the absence of A2A receptor MPs phagocytosing apoptotic cells produce higher amount of nitric oxide and MIP-2 and KC neutrophil chemokines which leads to enhanced inflammatory response in vivo

Anti-inflammatory Mechanisms Triggered by Apoptotic Cells during Their Clearance

K

Apoptótikus sejtek fagocitózisát szabályozó folyamatok molekuláris mechanizmusa = Molecular mechanism in the regulation of the phagocytosis in apoptotic cells

A szervezetben naponta elhaló sok milliárd sejt hatékony eltávolítása a feltétele annak, hogy ne alakuljanak ki kóros gyulladásos és autoimmun kórképek. Kísérleteink segítségével számos eddig ismeretlen elemét tártuk fel az eltakarító rendszernek. Megállapítottuk, hogy a folyamat szabályozásában lényeges szerepet játszik a fehérjéket keresztkötő transzglutamináz enzim, annak hiányában autoimmun reakció jelenik meg. A transzglutamináz, amelynek új szubsztrátjait ismertük meg és aktivitásának mérésére igen érzékeny módszert dolgoztunk ki, szükséges a sejtek elhalását megelőző sejtéréshez is. Az idegrendszerben az eltakarító mechanizmusok zavara eredményeink szerint transzglutamináz által keresztkötött fehérje zárványok felszaporodáshoz vezet; meghatároztuk hogy milyen fehérjék mely oldalláncai vannak ilyenkor keresztkötve. Az általunk kifejlesztett apopto-fagocita Tachman Low Density Array segítségével párhuzamosan mérni lehet hogy az eltakarító folyamatban szerepet játszó gének kifejeződése hogyan van szabályozva; eredményeink azt mutatják, hogy az elhalt sejteket bekebelező fagociták különbséget tesznek a különböző módon elhalt sejtek között. | The effective removal of the many billions of cells dying in our body every day is necessary to prevent the development of inflammatory and autoimmune diseases. In our experiments several so far unknown elements of this clearance mechanism have been revealed. It has been determined that the protein crosslinking transglutaminase plays an important role in the regulation of this process and the lack of this enzyme leads to autoimmune reactions. The transglutaminase, of which we have found several novel substrates and developed a new activity assay, also plays an important role in the differentiation of cells preceeding their death. The dysregulation of the clearance mechanisms in the central nervous system leads to the accummulation of transglutaminase cross-linked protein aggregates; we have determined which proteins at which residue are crosslinked in these structures. A novel Tachman Low Density Array has been developed for the parallel measurement and study of the regulation of the expression level of those genes which play an important role in the clearance of apoptotic cells; our results show that the engulfing cells can differentiate among dying cells according to the way how their death occured

Az apoptózis és a fagocitózis összefonódása = Link between apoptosis and phagocytosis

Szervezetünkben naponta több 10 millió sejt hal el apoptózissal. Kísérleteinkben azt vizsgáltuk, hogyan hangolódhat össze in vivo az apoptózis és az apoptótikus sejteket eltakarító fagocitózis mértéke. Vizsgáltuk ebben a vonatkozásban egy az in vivo apopto-fagocitózis során mind az elhaló sejtben, mind a makrofágban kifejeződő multifunkcionális fehérje, a transzglutamináz 2 (TG2), a lebomló sejtekből és a fagocitáló makrofágokból is felszabaduló adenozin, és a makrofágok differenciációjában és az apoptózis szabályozásában is szerepet játszó retinoidok szerepét. Megállapítottuk, hogy a TG2 sejtektől függően, különféle biológiai funkcióban segítheti vagy gátolhatja az apoptózist. Elhaló sejtekben és az eltakarító makrofágokban együttesen megjelenve, viszont biztosítja, hogy az apoptózis és az eltakarítás hatékonyan folyjék, és se gyulladás, se szövetkárosodás ne kísérje a folyamatot. A tímusz mint modell szervet tanulmányozva, ahol a képződő timociták 95%-a elhal, bizonyítottuk, hogy mind az adenozin, mind a retinoidok jelen van, és gyorsítja mind a timociták apoptózisát, mind a fagocitózis hatékonyságát. Az adenozin emellett hozzájárul az apoptótikus sejtek gyulladásellenes hatásának csökkentéséhez is. Adataink arra utalnak, hogy vannak közös molekulák az apoptózis és a fagocitózis program szabályozásában, amelyek lehetővé teszik ezek összehangolt működését, és így gyógyszer targetmolekulák lehetnek. | In a human body every day several 10 million cells die by apoptosis. In our experiments it was investigated how is the in vivo rate of apoptosis is balanced by the capacity of the clearance mediated by professional macrophages. In this context the involvement of a multifunctional protein, transglutaminase 2 (TG2) previously shown by us to be coupled to the in vivo apopto-phagocytosis program, that of adenosine released by dying cells and engulfing macrophages, and that of retinoids, known to regulate both apoptosis and macrophage differentiation were investigated. We have shown that TG2 depending on the cell type and using its different biological activities can both promote and inhibit apoptosis. When the protein appears in both apoptotic and phagocytic cells, the protein ensures that both apoptosis and phagocytosis proceeds efficiently, and no tissue injury develops. Using thymus as a model organ, in which 95% of the thymocytes produced die, we have shown that both retinoids and adenosine are present, and accelerate both the apoptosis of nonselected thymocytes and the efficacy of phagocytosis. In addition, adenosine is a soluble mediator that mediates the anti-inflammatory effect of apoptotic cells. Our data demonstrate that there are common regulator molecules in the apoptosis and phagocytosis program that harmonize the two processes, and thus might be potential pharmacological target molecules

Apoptózis, fagocitózis és a gyulladás kialakulásának megakadályozása = Apoptosis, phagocytosis and prevention of inflammation

Az elhalt sejteket a környező makrofágok ismerik fel és takarítják el. Az apoptózis kutatása eddig a két folyamatot egymást követő, de egymástól független biológiai eseménynek tekintette. Csoportunk utóbbi években folytatott kutatómunkája azonban rámutatott arra, hogy az elhaló sejt és az őt eltakarító makrofágok között folyamatos párbeszéd zajlik, ami összehangolja az apoptózis és a fagocitózis folyamatát, és meggátolja gyulladás kialakulását. Kísérleteinkben a tímuszt mint modell szervet vizsgáljuk, mert itt folyamatosan nagymértékű sejtelhalás zajlik. Kimutattuk, hogy az elhaló sejteket felvevő makrofágok adenozint és egy új retinoidot termelnek a fagocitózis mértékének függvényében. Az adenozin meggátolja a makrofágok gyulladás indító képességét, míg a retinoid fokozza fagocitáló képességüket. Mind a retinoid termelődést, mind az adenozinra válaszoló receptor mennyiségének fokozódását a felvett apoptótikus sejteket lipid tartalmuk alapján érzékelő lipid érzékeny receptorok indítják el. Mind az adenozin, mind a retinoid elősegíti a hibás timociták elhalását. Munkánk azonosított néhány molekuláris target pontot, ahol a fagocitózis folyamata befolyásolható lehet olyan gyulladásos betegségekben, ahol ennek zavara hozzájárul a betegség pathomechanizmusának kialakításához. Ugyanakkor felveti, hogy az új retinoidoknak a gyulladási program szabályozásában is szerepük lehet, hiszen abban is folyamatosan zajlik a gyulladásban elhalt sejtek fagocitózisa. | Apoptotic cells are recognized and removed by neighbouring macrophages. So far he apoptosis research field looked at these biological processes as two subsequent but independent events. Research carried out by our laboratory during the past years has, however, revealed a continuous crosstalk between macrophages and apoptotic cells, which harmonises the rate of apoptosis and phagocytosis and prevents inflammation. We study thymus as a model organ, since it is characterized by a constantly high rate of apoptosis and phagocytosis. We found that macrophages engulfing apoptotic cells produce adenosine and a novel retinoid and their amount is related to the phagocytic rate. Adenosine prevents proinflammatory cytokine formation, while the retinoid enhances phagocytic capacity of macrophages. Both the retinoid production and the expression of the adenosine receptor are under the control of lipid sensing receptors that sense the number of apoptotic cells digested by their lipid content. Both the retinoid and adenosine promotes the death of those thymocytes whose T cell receptor is improper. Our work identified several target points at which phagocytosis can be affected in those autoimmune diseases in which the improper phagocytosis play a role in the pathomechanism of the disease. In addition we propose that retinoids might have a role in the regulation of inflammation as well, since cells died during inflammation are also taken up by phagocytosis

Transglutaminase 2 null macrophages respond to lipopolysaccharide stimulation by elevated proinflammatory cytokine production due to an enhanced αvβ3 integrin-induced Src tyrosine kinase signaling

Transglutaminase 2 (TG2) is a protein crosslinking enzyme with several additional biochemical functions. Loss of TG2 in vivo results in impaired phagocytosis of apoptotic cells and altered proinflammatory cytokine production by macrophages engulfing apoptotic cells leading to autoimmunity. It has been proposed that TG2 acts as an integrin ß(3) coreceptor in the engulfment process, while altered proinflammatory cytokine production is related to the lack of latent TGFß activation by TG2 null macrophages. Here we report that TG2 null macrophages respond to lipopolysaccharide treatment by elevated IL-6 and TNFa production. Though TGFß has been proposed to act as a feed back regulator of proinflammatory cytokine production in LPS-stimulated macrophages, this phenomenon is not related to the lack of active TGFß production. Instead, in the absence of TG2 integrin ß(3) maintains an elevated basal Src family kinase activity in macrophages, which leads to enhanced phosphorylation and degradation of the I?Ba. Low basal levels of I?Ba explain the enhanced sensitivity of TG2 null macrophages to signals that regulate NF-?B. Our data suggest that TG2 null macrophages bear a proinflammatory phenotype, which might contribute to the enhanced susceptibility of these mice to develop autoimmunity and atherosclerosis

Macrophages engulf apoptotic and primary necrotic thymocytes through similar phosphatidylserine-dependent mechanisms

L

Transglutaminase 2 associated with PI3K and PTEN in a membrane-bound signalosome platform blunts cell death

Atypically expressed transglutaminase 2 (TG2) has been identified as a poor prognostic factor in a variety of cancers. In this study, we evaluated the contribution of TG2 to the prolonged cell survival of differentiated acute promyelocytic leukaemia (APL) cells in response to the standard treatment with combined retinoic acid (ATRA) and arsenic trioxide (ATO). We report that one advantage of ATRA + ATO treatment compared to ATRA alone diminishes the amount of activated and non-activated CD11b/CD18 and CD11c/CD18 cell surface integrin receptors. These changes suppress ATRA-induced TG2 docking on the cytosolic part of CD18 β2-integrin subunits and reduce cell survival. In addition, TG2 overexpresses and hyperactivates the phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K), phospho-AKT S473, and phospho-mTOR S2481 signalling axis. mTORC2 acts as a functional switch between cell survival and death by promoting the full activation of AKT. We show that TG2 presumably triggers the formation of a signalosome platform, hyperactivates downstream mTORC2-AKT signalling, which in turn phosphorylates and inhibits the activity of FOXO3, a key pro-apoptotic transcription factor. In contrast, the absence of TG2 restores basic phospho-mTOR S2481, phospho-AKT S473, PI3K, and PTEN expression and activity, thereby sensitising APL cells to ATO-induced cell death. We conclude, that atypically expressed TG2 may serve as a hub, facilitating signal transduction via signalosome formation by the CD18 subunit with both PI3K hyperactivation and PTEN inactivation through the PI3K-PTEN cycle in ATRA-treated APL cells