Микроглия и дендритные клетки как источник IL-6 в мышиной модели рассеянного склероза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассеянный склероз (РС) – это комплексное аутоиммунное заболевание центральной нервной системы (ЦНС), приводящее к разрушению миелиновой оболочки нейронов и нарушению проводимости нервных сигналов. Изучение молекулярных механизмов развития РС критически важно, так как заболевание характеризуется ранней манифестацией, хроническим течением и терапией, основанной на симптоматическом лечении. Известно, что цитокины играют ключевую роль в патогенезе РС, при этом одним из ключевых медиаторов является интерлейкин-6 (IL-6). В настоящей работе была исследована роль IL-6, продуцируемого микроглией и дендритными клетками, в развитии экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита (ЕАЕ), широко используемой модели РС на мышах. Работу проводили на мышах с клеточно-специфичным удалением IL-6 из CX3CR1+-клеток, в том числе из микроглии, и из дендритных клеток CD11c+. Было установлено, что мыши с удалением IL-6 из микроглии или из дендритных клеток развивают более слабые симптомы по сравнению с мышами дикого типа. В ЦНС мышей с инактивацией IL-6 в микроглии на пике ЕАЕ происходило повышение доли регуляторных Т-клеток (Treg) и снижение процентного содержания патогенетических IFNγ-продуцирующих CD4+ Т-клеток, что коррелировало с уменьшением количества провоспалительных моноцитов. В то же время при удалении IL-6 из микроглии наблюдалось увеличение содержания CCR6+ Т-клеток и GM-CSF-продуцирующих Т-клеток. У мышей с дефицитом IL-6 в дендритных клетках наблюдалось не только ранее описанное увеличение доли Treg и уменьшение доли Т-хелперов, продуцирующих IL-17A (TH17-клеток), но и уменьшение продукции GM-CSF и IFNγ во вторичных лимфоидных органах. Таким образом, функции IL-6 в организме зависят от источника и локализации иммунного ответа: IL-6 из микроглии выполняет как патогенетические, так и протективные функции именно в ЦНС, в то время как IL-6 из дендритных клеток, помимо критически важного участия в соотношении Treg и TH17-клеток, может стимулировать продукцию цитокинов, ассоциированных с патогенетическими функциями Т-клеток.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. С. Гоголева

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: violettegogoleva@mail.ru

Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины

Россия, 117997, Москва

К. Т. Нгуен

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: violettegogoleva@mail.ru

биологический факультет

Россия, 119991, Москва

М. С. Друцкая

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН

Email: violettegogoleva@mail.ru

Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины

Россия, 117997, Москва

Список литературы

  1. Charabati, M., Wheeler, M. A., Weiner, H. L., and Quintana, F. J. (2023) Multiple sclerosis: neuroimmune crosstalk and therapeutic targeting, Cell, 186, 1309-1327, https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.03.008.
  2. Steinman, L., Patarca, R., and Haseltine, W. (2023) Experimental encephalomyelitis at age 90, still relevant and elucidating how viruses trigger disease, J. Exp. Med., 220, https://doi.org/10.1084/jem.20221322.
  3. Krishnarajah, S., and Becher, B. (2022) T(H) cells and cytokines in encephalitogenic disorders, Front. Immunol., 13, 822919, https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.822919.
  4. Gijbels, K., Brocke, S., Abrams, J. S., and Steinman, L. (1995) Administration of neutralizing antibodies to interleukin-6 (IL-6) reduces experimental autoimmune encephalomyelitis and is associated with elevated levels of IL-6 bioactivity in central nervous system and circulation, Mol. Med., 1, 795-805.
  5. Eugster, H. P., Frei, K., Kopf, M., Lassmann, H., and Fontana, A. (1998) IL-6-deficient mice resist myelin oligodendrocyte glycoprotein-induced autoimmune encephalomyelitis, Eur. J. Immunol., 28, 2178-2187, https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4141(199807)28:07<2178::AID-IMMU2178>3.0.CO;2-D.
  6. Heink, S., Yogev, N., Garbers, C., Herwerth, M., Aly, L., Gasperi, C., Husterer, V., Croxford, A. L., Moller-Hackbarth, K., Bartsch, H. S., Sotlar, K., Krebs, S., Regen, T., Blum, H., Hemmer, B., Misgeld, T., Wunderlich, T. F., Hidalgo, J., Oukka, M., Rose-John, S., et al. (2017) Trans-presentation of IL-6 by dendritic cells is required for the priming of pathogenic T(H)17 cells, Nat. Immunol., 18, 74-85, https://doi.org/10.1038/ni.3632.
  7. Korn, T., Mitsdoerffer, M., Croxford, A. L., Awasthi, A., Dardalhon, V. A., Galileos, G., Vollmar, P., Stritesky, G. L., Kaplan, M. H., Waisman, A., Kuchroo, V. K., and Oukka, M. (2008) IL-6 controls Th17 immunity in vivo by inhibiting the conversion of conventional T cells into Foxp3+ regulatory T cells, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 105, 18460-18465, https://doi.org/10.1073/pnas.0809850105.
  8. Ogura, H., Murakami, M., Okuyama, Y., Tsuruoka, M., Kitabayashi, C., Kanamoto, M., Nishihara, M., Iwakura, Y., and Hirano, T. (2008) Interleukin-17 promotes autoimmunity by triggering a positive-feedback loop via interleukin-6 induction, Immunity, 29, 628-636, https://doi.org/10.1016/j.immuni.2008.07.018.
  9. Ma, X., Reynolds, S. L., Baker, B. J., Li, X., Benveniste, E. N., and Qin, H. (2010) IL-17 enhancement of the IL-6 signaling cascade in astrocytes, J. Immunol., 184, 4898-4906, https://doi.org/10.4049/jimmunol.1000142.
  10. Erta, M., Quintana, A., and Hidalgo, J. (2012) Interleukin-6, a major cytokine in the central nervous system, Int. J. Biol. Sci., 8, 1254-1266, https://doi.org/10.7150/ijbs.4679.
  11. Круглов А. А., Носенко, М. А., Корнеев, К. В. Свиряева Е. Н., Друцкая М. С., Идальго Х., Недоспасов, С. А. (2016) Получение и предварительная характеристика мышей с генетическим дефицитом IL-6 в дендритных клетках, Иммунология, 37, 316-319, https://doi.org/10.18821/0206-4952-2016-37-6-316-319.
  12. Quintana, A., Erta, M., Ferrer, B., Comes, G., Giralt, M., and Hidalgo, J. (2013) Astrocyte-specific deficiency of interleukin-6 and its receptor reveal specific roles in survival, body weight and behavior, Brain Behav. Immun., 27, 162-173, https://doi.org/10.1016/j.bbi.2012.10.011.
  13. Yona, S., Kim, K. W., Wolf, Y., Mildner, A., Varol, D., Breker, M., Strauss-Ayali, D., Viukov, S., Guilliams, M., Misharin, A., Hume, D. A., Perlman, H., Malissen, B., Zelzer, E., and Jung, S. (2013) Fate mapping reveals origins and dynamics of monocytes and tissue macrophages under homeostasis, Immunity, 38, 79-91, https://doi.org/10.1016/ j.immuni.2012.12.001.
  14. Mufazalov, I. A., and Waisman, A. (2016) Isolation of central nervous system (CNS) infiltrating cells, Methods Mol. Biol., 1304, 73-79, https://doi.org/10.1007/7651_2014_114.
  15. Gubernatorova, E. O., Gorshkova, E. A., Namakanova, O. A., Zvartsev, R. V., Hidalgo, J., Drutskaya, M. S., Tumanov, A. V., and Nedospasov, S. A. (2018) Non-redundant functions of IL-6 produced by macrophages and dendritic cells in allergic airway inflammation, Front. Immunol., 9, 2718, https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02718.
  16. Sanchis, P., Fernandez-Gayol, O., Comes, G., Escrig, A., Giralt, M., Palmiter, R. D., and Hidalgo, J. (2020) Interleukin-6 derived from the central nervous system may influence the pathogenesis of experimental autoimmune encephalomyelitis in a cell-dependent manner, Cells, 9, 330, https://doi.org/10.3390/cells9020330.
  17. Amorim, A., De Feo, D., Friebel, E., Ingelfinger, F., Anderfuhren, C. D., Krishnarajah, S., Andreadou, M., Welsh, C. A., Liu, Z., Ginhoux, F., Greter, M., and Becher, B. (2022) IFNgamma and GM-CSF control complementary differentiation programs in the monocyte-to-phagocyte transition during neuroinflammation, Nat. Immunol., 23, 217-228, https://doi.org/10.1038/s41590-021-01117-7.
  18. Ottum, P. A., Arellano, G., Reyes, L. I., Iruretagoyena, M., and Naves, R. (2015) Opposing roles of interferon-gamma on cells of the central nervous system in autoimmune neuroinflammation, Front. Immunol., 6, 539, https:// doi.org/10.3389/fimmu.2015.00539.
  19. Reboldi, A., Coisne, C., Baumjohann, D., Benvenuto, F., Bottinelli, D., Lira, S., Uccelli, A., Lanzavecchia, A., Engelhardt, B., and Sallusto, F. (2009) C-C chemokine receptor 6-regulated entry of TH-17 cells into the CNS through the choroid plexus is required for the initiation of EAE, Nat. Immunol., 10, 514-523, https://doi.org/10.1038/ ni.1716.
  20. Codarri, L., Gyulveszi, G., Tosevski, V., Hesske, L., Fontana, A., Magnenat, L., Suter, T., and Becher, B. (2011) RORgammat drives production of the cytokine GM-CSF in helper T cells, which is essential for the effector phase of autoimmune neuroinflammation, Nat. Immunol., 12, 560-567, https://doi.org/10.1038/ni.2027.
  21. Komuczki, J., Tuzlak, S., Friebel, E., Hartwig, T., Spath, S., Rosenstiel, P., Waisman, A., Opitz, L., Oukka, M., Schreiner, B., Pelczar, P., and Becher, B. (2019) Fate-mapping of GM-CSF expression identifies a discrete subset of inflammation-driving T helper cells regulated by cytokines IL-23 and IL-1beta, Immunity, 50, 1289-1304.e1286, https://doi.org/10.1016/j.immuni.2019.04.006.
  22. McQualter, J. L., Darwiche, R., Ewing, C., Onuki, M., Kay, T. W., Hamilton, J. A., Reid, H. H., and Bernard, C. C. (2001) Granulocyte macrophage colony-stimulating factor: a new putative therapeutic target in multiple sclerosis, J. Exp. Med., 194, 873-882, https://doi.org/10.1084/jem.194.7.873.
  23. Korn, T., and Hiltensperger, M. (2021) Role of IL-6 in the commitment of T cell subsets, Cytokine, 146, 155654, https://doi.org/10.1016/j.cyto.2021.155654.
  24. Samoilova, E. B., Horton, J. L., Hilliard, B., Liu, T. S., and Chen, Y. (1998) IL-6-deficient mice are resistant to experimental autoimmune encephalomyelitis: roles of IL-6 in the activation and differentiation of autoreactive T cells, J. Immunol., 161, 6480-6486.
  25. Okuda, Y., Sakoda, S., Bernard, C. C., Fujimura, H., Saeki, Y., Kishimoto, T., and Yanagihara, T. (1998) IL-6-deficient mice are resistant to the induction of experimental autoimmune encephalomyelitis provoked by myelin oligodendrocyte glycoprotein, Int. Immunol., 10, 703-708, https://doi.org/10.1093/intimm/10.5.703.
  26. Drutskaya, M. S., Gogoleva, V. S., Atretkhany, K. S. N., Gubernatorova, E. O., Zvartsev, R. V., Nosenko M. A., and Nedospasov, S. A. (2018) Proinflammatory and immunoregulatory functions of interleukin 6 as identified by reverse genetics, Mol. Biol., 52, 963-974, https://doi.org/10.1134/S0026893318060055.
  27. Restorick, S. M., Durant, L., Kalra, S., Hassan-Smith, G., Rathbone, E., Douglas, M. R., and Curnow, S. J. (2017) CCR6+ Th cells in the cerebrospinal fluid of persons with multiple sclerosis are dominated by pathogenic non-classic Th1 cells and GM-CSF-only-secreting Th cells, Brain Behav. Immun., 64, 71-79, https://doi.org/10.1016/ j.bbi.2017.03.008.
  28. Aqel, S. I., Yang, X., Kraus, E. E., Song, J., Farinas, M. F., Zhao, E. Y., Pei, W., Lovett-Racke, A. E., Racke, M. K., Li, C., and Yang, Y. (2021) A STAT3 inhibitor ameliorates CNS autoimmunity by restoring Teff:Treg balance, JCI Insight, 6, e142376, https://doi.org/10.1172/jci.insight.142376.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Мыши с тамоксифен-зависимой инактивацией IL-6 в CX3CR1+ микроглии устойчивы к развитию ЕАЕ. а – Схема эксперимента. Мышам вводили тамоксифен из расчета 75 мкг/г в течение 5 дней. Далее, через 7–14 дней после курса тамоксифена удаление IL-6 детектировали как в тканерезидентных макрофагах, так и в моноцитах, но уже через 28 дней происходило обновление пула моноцитов из костного мозга и дефицит IL-6 наблюдали только в тканерезидентных макрофагах, в том числе в микроглии; б – концентрация IL-6 в супернатанте отсортированных моноцитов CX3CR1+, выделенных из периферической крови мышей Cx3cr1CreER × Il6fl/fl на 0, 14, 28 дни после введения тамоксифена и активированных LPS в течение 4 ч; ND – не детектируется; в – концентрация IL-6 в супернатанте отсортированной микроглии CX3CR1+, выделенной из ЦНС мышей Cx3cr1CreER × Il6fl/fl на 28 день после введения тамоксифена и активированной LPS в течение 4 ч; г – динамика развития клинических симптомов EAE у мышей дикого типа (Il6fl/fl), мышей с удалением IL-6 только в микроглии (Il6ΔMG) и мышей с удалением IL-6 только в дендритных клетках (Il6ΔDC), иммунизированных MOG35–55-пептидом в полном адъюванте Фрейнда. Результаты представлены как среднее значение ± SEM и подтверждены в трех независимых экспериментах с минимальным количеством мышей в группе n = 4 в каждом эксперименте

Скачать (190KB)
Метаданные
3. Рис. 2. IL-6, продуцируемый микроглией, стимулирует развитие патогенетических моноцитов в ЦНС и продукцию IFNγ на пике ЕАЕ. а – Доля Ly6СhiMHCII+-клеток от CD45+CD11b+-клеток в ЦНС на пике EAE; б – абсолютное количество Ly6СhiMHCII+-клеток в ЦНС на пике EAE; в – доля IFNγ-продуцирующих клеток, рестимулированных ФMA/иономицином, от клеток CD4+TCRβ+ в ЦНС на пике EAE; г – доля FoxP3+ Treg от CD4+TCRβ+-клеток в ЦНС на пике EAE. Представлены объединенные (а, в и г) или репрезентативные данные (б) с числом мышей каждого генотипа n = 5–6. Данные представлены как среднее ± SEM. Использовали t-критерий Стьюдента или критерий Манна–Уитни; * p < 0,05; ** p < 0,01

Скачать (149KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Делеция гена, кодирующего IL-6 в микроглии, приводит к увеличению миграции Т-клеток и индукции GM-CSF-продуцирующих CD4+ Т-клеток в ЦНС. а – Процентное содержание ССR6+-клеток от CD4+TCRβ+-клеток в ЦНС на пике EAE. б – Доля GM-CSF-продуцирующих клеток, рестимулированных ФMA/иономицином, от CD4+TCRβ+-клеток в ЦНС на пике EAE. Представлены объединенные (а) или репрезентативные данные (б) с числом мышей каждого генотипа n = 5–6. Данные представлены как среднее ± SEM. Использовали t-критерий Стьюдента или критерий Манна–Уитни; * p < 0,05; *** p < 0,001; ns – недостоверные отличия

Скачать (84KB)
Метаданные
5. Рис. 4. IL-6 из дендритных клеток стимулирует продукцию цитокинов CD4+ Т-клетками в периферических лимфоидных органах на пике ЕАЕ. а – Репрезентативные поточечные диаграммы (слева) и процентное содержание (справа) RORγt+ и FoxP3+ CD4+ Т-клеток, выделенных из лимфатических узлов мышей Il6fl/fl и Il6ΔDC на пике ЕАЕ. б–г – Процентное содержание IL-17A-, GM-CSF-, IFNγ-продуцирующих CD4+ Т-клеток, выделенных из селезенки и лимфатических узлов и рестимулированных ФМА/иономицином. Результаты представлены как среднее значение ± SEM и подтверждены в двух независимых экспериментах. Использовали t-критерий Стьюдента или критерий Манна–Уитни; * p < 0,05; *** p < 0,001; ns – недостоверные отличия

Скачать (308KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024