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Title
Effects of extracellular adenosine production by macrophages / eingereicht von Thomas Deimel
AuthorDeimel, Thomas
Thesis advisorStockinger, Hannes ; Repic, Anna
Published2018
Description130 Blatt : Diagramme
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2018
Date of SubmissionJanuary 2018
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Adenosin / Makrophagen / CD4 T-Zellen / Immunologie
Keywords (EN)adenosine / macrophages / CD4 T cells / Immunology
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Abstract (German)

Adenosin-Rezeptoren haben große Bedeutung für zahlreiche physiologische und pathologische Prozesse und ihre Tauglichkeit als Ziel von pharmakologischen Interventionen ist Gegenstand aktueller Forschung. Untersuchungen von verschiedenen Arten von Immunzellen haben gezeigt, dass die extrazelluläre Umwandlung von ATP zu Adenosin durch die Ektoenzyme CD39 und CD73 eine wichtige Quelle von Adenosin zur Aktivierung entsprechender Adenosin-Rezeptoren ist. Zuletzt wurde außerdem ein alternativer, CD39- unabhängiger Mechanismus zur Produktion von extrazellulärem Adenosin aus NAD+ durch die Ektoenzyme CD38, CD203a und CD39 in Jurkat T-Zellen beschrieben. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Untersuchung der Expression beider Reaktionsketten in verschiedenen Makrophagen-Subtypen. Darüberhinaus wurden mögliche autokrine Effekte des von diesen Zellen hergestellten Adenosins studiert.^ ^Dabei stellte sich heraus, dass mittels GM-CSF oder M-CSF differenzierte und anschließend mit einer Kombination aus Interferon- (IFN) und Lipopolysaccharid (LPS) aktivierte Makrophagen diejenigen der untersuchten Zelltypen zu sein scheinen, welche die stärkste Expression der genannten Ektoenzyme beider Adenosin-Produktionswege zeigten. Daher wurden diese Zellen für die nachfolgenden Experimente ausgewählt. Der Einfluss von extrazellulärer Adenosin-Produktion auf die Funktion von Makrophagen wurde untersucht, indem in einem Teil der Zellkulturen verschiedene Ektoenzyme der beiden Adenosin-Herstellungspfade inhibiert wurden. Unsere Resultate stützen die Vermutung, dass die klassische CD39-abhängige Adenosin-Generierung zur Induktion eines antiinflammatorischen Phänotyps in mit M-CSF differenzierten und anschließend mit IFN+LPS aktivierten Makrophagen beitragen könnte.^ Genauer gesagt zeigte sich bei diesen Zellen nach Blockierung von CD39 eine Abnahme der Produktion von IL-10 bei gleichzeitiger Zunahme mehrerer proinflammatorischer Zyktokine. Die Inhibition des alternativen Adenosin-Herstellungsweges führte hingegen nicht nur zu einer Reduktion der IL-10-Produktion, sondern auch jener von proinflammatorischen Zytokinen. Dies könnte bedeuten, dass dieser Produktionsweg in Makrophagen nicht funktionell ist oder eine unerwartete Funktionsweise aufweist. Auch eine Blockade von CD39, CD38 oder, in geringerem Maße, CD73 auf der Oberfläche von mit GM-CSF differenzierten und anschließend mit IFN+LPS aktivierten Makrophagen führte zu einer Reduktion sowohl von IL-10 als auch IL-1, IL-6, TNF, IL-12 und IL-23. Dabei wies CD73, also die gemeinsame Endstrecke beider Reaktionspfade, bei beiden ausführlicher untersuchten Makrophagentypen interessanterweise den geringsten Einfluss auf das Zytokin- und Zelloberflächenmarkerprofil auf.^ Darüberhinaus beobachteten wir einen möglichen Mechanismus der gegenseitigen Regulierung beider Herstellungswege: die Inhibition von CD39 führte zu einer kräftigen Abnahme der Oberflächenexpression von CD38. Schlussendlich legten wir gemeinsame Kulturen von Makrophagen mit CD4+ T-Zellen an und maßen anschließend das Ausmaß der erfolgten Proliferation der CD4+ T-Zellen. Hierbei zeigte sich kein offensichtlicher Einfluss einer Blockade von CD39, CD38 oder CD73.

Abstract (English)

The relevance of adenosine receptor signaling has been well established for numerous physiological and pathological processes, and adenosine receptors are being studied as potential drug targets. Adenosine production from extracellular ATP by the ectoenzymes CD39 and CD73 on the surface of cells has been shown to be an important source of adenosine for adenosine receptor signaling in various types of immune cells. Recently, an alternative, CD39-independent, pathway of extracellular adenosine production from NAD+ via the ectoenzymes CD38, CD203a, and CD73 has been described in Jurkat T cells. We investigated the expression of both pathways in several macrophage subsets as well as the potential autocrine effects of extracellular adenosine produced by them. We identified GM-CSF- and M-CSF-differentiated macrophages treated by interferon (IFN) and lipopolysaccharide (LPS) as the main cell types expressing ectoenzymes of both pathways and selected them for further analysis.^ ^By blocking ectoenzymes of either pathway, we explored the influence of extracellular adenosine production on macrophage function. Our findings support the notion that classical adenosine production might be a relevant factor in inducing an antiinflammatory phenotype in M-CSF- differentiated, IFN+LPS-treated macrophages. In particular, CD39 inhibition led to a decrease in IL-10 and an increase in proinflammatory cytokines. Blocking the alternative pathway in these cells, however, reduced the concentration of both IL-10 and proinflammatory cytokines, suggesting that the pathway might not be functional in these macrophages or function in an unexpected manner. Similarly, blocking either CD39, CD38, or, to a lesser degree, CD73 seemed to induce a reduction in IL-10 as well as IL-1, IL-6, TNF, IL-12, and IL-23 in GM-CSF-differentiated, IFN+LPS-treated macrophages.^ Interestingly, we found that the influence of CD73 inhibition on cytokine profiles and expression patterns of surface markers was only weak in either cell type. Furthermore, we identified a potential mechanism of cross-talk between the two adenosine production pathways in the sense that inhibition of CD39 led to a marked decrease in CD38 surface expression. As a final assessment of macrophage behavior upon inhibition of adenosine production by either pathway, we cocultured pre-treated macrophages with CD4+ T cells and subsequently performed T cell proliferation assays. We did not observe any major effect of blocking macrophage adenosine-producing ectoenzymes on their ability to stimulate CD4+ T cell proliferation.

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