Riittävä muttei ylimitoitettu immuunivaste mahdollisesti haitallisia patogeenejä ja epänormaaleja soluja vastaan on välttämätön, muuten seurauksena voi olla autoimmuunisairauksia, krooninen tulehdus tai syöpä. Puolustusjärjestelmä koostuu useiden solutyyppien ja biomolekyylien monimutkaisesta verkostosta. Monet näistä molekyyleistä ovat kasvutekijöitä, entsyymejä ja reseptoreja, jotka täytyy pilkkoa proteolyyttisesti, jotta niistä tulisi aktiivisia.
Proproteiinikonvertaasit (PCSK:t) ovat proteolyyttisiä entsyymejä, jotka säätelevät monien soluille tärkeiden molekyylien aktiivisuutta. Aikaisemmat tutkimusryhmämme tulokset osoittavat, että PCSK-entsyymi FURINin ilmentyminen aktivoiduissa immuunijärjestelmän soluissa on lisääntynyt, ja se säätelee T-lymfosyyttivälitteistä perifeeristä toleranssia sekä Th-solujen polarisaatiota.
Väitöstyössä tutkittiin FURINin merkitystä synnynnäisessä immuniteetissa käyttäen erilaisia menetelmiä ja malliorganismeja. Tutkimus FURINia ilmentävissä myeloisissa soluissa osoitti, että FURIN säätelee M1- ja M2-tyyppisten makrofagien välistä tasapainoa ja tulehdusvastetta lipopolysakkaridilla (LPS) aikaansaadussa hiiren endotoksemiassa. Lisäksi havaittiin, että FURINia tarvitaan myeloisissa soluissa bioaktiivisen TGF-β1-sytokiinin normaaliin tuottamiseen, ja se estää tulehdusvastetta lisäävien entsyymien TACE:n ja kaspaasi-1:n kypsymistä. Aikuisissa, mykobakteereilla infektoiduissa seeprakaloissa FurinA:n ilmentyminen lisääntyi. Kuten LysMcre-fur(fl/fl)-hiirissä, myös infektoiduissa furinAtd204e/+-mutanttikaloissa tulehdusta kiihdyttävien sytokiinien määrä oli lisääntynyt ja Mycobacterium marinum -määrä vähentynyt, mikä viittaa varhaisen synnynnäisen immuunivasteen vahvistumiseen. Tutkimukset osoittivat näin ensimmäistä kertaa FURINin kriittisen merkityksen makrofagien aktiivisuuden säätelyssä sekä normaalitilanteessa että haitallisten ärsykkeiden läsnä ollessa.
Sekä synnynnäisellä että hankitulla immuniteetilla on keskeinen merkitys kasvainten synnyssä ja kehityksessä.
Väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin, miten FURINin puuttuminen joko T-lymfosyyteistä tai makrofageista ja granulosyyteistä vaikuttaa syövän syntyyn käyttämällä DMBA/TPA-indusoitua hiiren ihosyöpämallia. Tulokset osoittavat, että FURINin puuttuminen T-soluista mutta ei myeloisista soluista johti voimistuneeseen ja nopeampaan kasvainten kehitykseen. Lisäksi havaitsimme, että FURIN säätelee T-auttajasolujen polarisaatiota kasvaimen kehityksen eri vaiheissa.
Väitöskirjatutkimus osoittaa, että FURIN-aktiivisuuden estäminen synnynnäisen ja hankitun immuniteetin soluissa voimistaa immuunivastetta. Myeloisissa soluissa FURINin inhibitiota voitaisiin käyttää PCSK-riippuvaisten infektioiden ennaltaehkäisyyn ja hoitoon. FURINin esto T-soluissa, muttei makrofageissa, näyttäisi säätelevän immuunivasteita ihosyövässä. Siten FURIN-aktiivisuuden esto koko elimistössä tai toisaalta spesifisesti T-soluissa saattaa lisätä kroonisen tulehduksen aiheuttamien syöpätyyppien kehitystä.
Tutkimuksessa saadut tulokset lisäävät tietämystä FURIN-inhibiittoreina toimivien lääkeaineiden vaikutuksista infektioissa ja syövän hoidossa.The ability of the immune system to generate an adequate immune response against potentially harmful pathogens and aberrant cells is critical in order to avoid disorders including autoimmunity, chronic inflammation and cancer. The appropriate immune response relies on an intricate network of several cell types and biomolecules, such as cytokines, growth factors, enzymes and receptors, which require proteolytic cleavage in order to become active. The proteolytic activity of proprotein convertase (PCSKs) enzymes determines the bioavailability of important molecules and PCSKs thereby play essential regulatory roles in cell biology. Our previous studies have convincingly demonstrated that the PCSK FURIN is upregulated in activated immune cells and it regulates T-cell dependent peripheral tolerance and Th polarization in vivo.
The present study investigated the role of FURIN in the regulation of the innate immunity using different methods and model organisms. Studies in FURIN-expressing myeloid cells demonstrated that FURIN played a regulatory role in maintaining the balance between M1 and M2-type macrophages and in the murine inflammatory response to LPS-induced endotoxemia. Furthermore, we discovered that FURIN was required for the normal production of the bioactive TGF-β1 cytokine in myeloid cells, and inhibited the maturation of the pro-inflammatory response-inducers TACE and Caspase-1. In addition, furinA was upregulated in adult zebrafish infected with mycobacteria, and similar to LysMcre-fur(fl/fl) mice, the infected furinAtd204e/+ mutants exhibited an enhancement of the early innate immune response characterized by elevated expression levels of genes encoding pro-inflammatory cytokines and a reduction in the number of copies of M. marinum. These studies convincingly unveiled, for the first time, a critical role for FURIN in the regulation of the activated state of macrophages in homeostasis and upon a harmful stimulus.
As the components of the innate immunity and the adaptive immunity have an essential role in several steps of carcinogenesis and tumor progression, aiming FURIN specifically in myeloid cells and/or T cells using could be a potent and well-tolerated targeted therapy strategy for the experimental treatment of malignancies. Therefore, we performed DMBA/TPA two-stage skin carcinogenesis in murine strains lacking FURIN in either T cells or macrophages and granulocytes, to address whether the deletion of FURIN in the immune cells would regulate anti-cancer responses. Our results demonstrated that the absence of FURIN in T cells only led to an enhanced and accelerated development of tumors. In addition, we determined a regulatory role for FURIN in Th polarization at different stages of tumor development. In conclusion, our results show that the inhibition of FURIN specifically in T cells promotes carcinogenesis in a chemically induced squamous skin cancer model.
Collectively, our results demonstrated that the inhibition of FURIN in innate and adaptive immune cells strengthens host responses. Accordingly, the inhibition of FURIN in myeloid cells could be potentially applied as a therapeutic approach in the treatment and prevention of PCSK-dependent infections. In contrast, the inhibition of FURIN in T cells, but not in macrophages, appears to regulate the immune response in skin carcinogenesis. Consequently, the inhibition of FURIN at the systemic level or specifically in T cells may boost the development of certain cancer types caused by chronic immune insults.
These results provide new insights into the therapeutic use of FURIN inhibitors in infections and highlight the importance of evaluation when considering FURIN inhibitors in the treatment of human cancers
