Caracterización del papel de los receptores de TNF en inflamación usando el pez cebra como modelo= Modelling the impact of TNF receptors in inflammation using the zebrafish.

Resumen

Tesis doctoral Sergio Candel Camacho Modelling the impact of TNF receptors in inflammation using the zebrafish Caracterización del papel de los receptores de TNF en inflamación usando el pez cebra como modelo INTRODUCTION: La psoriasis es una enfermedad inflamatoria crónica de la piel que afecta a millones de personas. Aunque en ratón no existen modelos de psoriasis, la facilidad para obtener muestras de piel de pacientes ha facilitado el estudio de las vías de señalización implicadas en la enfermedad, mostrando la importancia del sistema inmune en su desarrollo. Algunas terapias que utilizan anticuerpos específicos contra varias citoquinas, incluyendo TNF?, IL-23 y IL-17, son prometedoras, pero son caras y presentan efectos secundarios. Numerosos estudios han mostrado la aparición de nuevos casos de psoriasis después del tratamiento con antagonistas del TNF? en pacientes con Inflammatory Bowel Disease. Aunque esos datos indican un papel ambiguo del TNF? en psoriasis, su papel, y especialmente la contribución de sus receptores, en la regulación de la inflamación en piel han sido escasamente estudiados. OBJECTIVES: (1) Caracterización del papel de Tnfa y sus receptores (Tnfr1 y Tnfr2) en la función y distribución de los neutrófilos en larvas de pez cebra; (2) Caracterización de las vías de señalización de Tnfr1 y Tnfr2 involucradas en la homeostasis de la piel en larvas de pez cebra; (3) Caracterización del papel de Tnfa y sus receptores en inflamación crónica en piel en larvas de pez cebra; (4) Evaluación de las larvas de pez cebra como posible modelo para estudiar enfermedades inflamatorias crónicas humanas. METHODOLOGY: Líneas transgénicas de pez cebra y las ventajas de trabajar con sus embriones en in vivo imaging y cell tracking han sido utilizadas para estudiar los patrones de distribución de los neutrófilos. Además, la inflamación en la piel causada por la depleción de Tnfa o Tnfr2, pero no Tnfr1, ha sido estudiada mediante la inhibición genética (morpholinos y formas dominantes negativas) y farmacológica (DPI) de Duox1. La expresión de moléculas pro-inflamatorias ha sido medida mediante RT-qPCR, Neutrófilos y queratinocitos han sido aislados de larvas control y deficientes en Tnfr2 usando FACS-sorting. Sondas específicas para H2O2 han sido usadas para detectar su producción. RESULTS AND CONCLUSIONS: La depleción de Tnfa o Tnfr2, pero no de Tnfr1, causa inflamación en la piel a través de la activación de un bucle inflamatorio de retroalimentación positiva que implica a H2O2/NF-?B/Duox1. Tanto la inhibición genética como farmacológica de Duox1 revierten completamente la inflamación en piel, situando al H2O2 derivado de Duox1 aguas arriba de la activación de NF-?B. Extraemos las siguientes conclusiones: (1) La inhibición genética de Tnfa o Tnfr2, pero no de Tnfr1, resulta en la movilización de los neutrófilos desde la CHT hasta la piel; (2) El silenciamiento de Tnfa o Tnfr2 provoca la inducción en la piel de la expresión de genes que codifican para moléculas pro-inflamatorias; (3) La ausencia de señalización de Tnfa a través del receptor Tnfr2 desencadena la producción local de H2O2 por la enzima Duox1 en la piel; (4) La inhibición genética de Tnfa o Tnfr2 resultada en la activación del regulador maestro de la inflamación NF-?B en la piel, aguas abajo de la producción de H2O2; (5) La señalización de Tnfa a través del receptor Tnfr2 es indispensable para el mantenimiento de la homeostasis de la piel; (6) La inducción de DUOX1 y/o la consiguiente producción de H2O2 en la piel de pacientes con psoriasis, podrían ser nuevas dianas para terapias farmacológicas y genéticas para el tratamiento de la psoriasis. Estas nuevas estrategias podrían ser también aplicables para otras enfermedades inflamatorias crónicas; (7) El pez cebra puede utilizarse como organismo modelo para estudiar la psoriasis y otras enfermedades inflamatorias crónicas. Tesis doctoral Sergio Candel Camacho Modelling the impact of TNF receptors in inflammation using the zebrafish Caracterización del papel de los receptores de TNF en inflamación usando el pez cebra como modelo INTRODUCTION: Psoriasis is a chronic, debilitating skin disease that affects millions of people worldwide. Although there is no mouse model that accurately reproduces all facets of the psoriasis, the accessibility of skin tissue from patients has facilitated the elucidation of some pathways involved in the pathogenesis of psoriasis and highlighted the importance of the immune system in the disease. Recently developed antibodies that selectively target several cytokines, including TNF?, IL-23 and IL-17, have shown promising results in early-phase clinical trials. However, these treatments are extremely expensive and show important side effects. Importantly, numerous studies have reported new-onset psoriasis following TNF? antagonist therapy in adult inflammatory bowel disease patients. Despite these clinical data pointing to an ambiguous function of TNF? in psoriasis, the role of TNF?, and in particular the contribution of each TNFR, in the regulation of skin inflammation has scarcely been studied. OBJECTIVES: Taking that into consideration, the objectives of the present work are: (1) Characterization of the role played by Tnfa and its receptors (Tnfr1 and Tnfr2) in the neutrophil function and distribution patterns in zebrafish larvae; (2) Characterization of the Tnfr1 and Tnfr2 signaling pathways involved in skin homeostasis in zebrafish larvae; (3) Characterization of the role played by Tnfa and its receptors in chronic inflammation in the skin in zebrafish larvae; (4) Evaluation of the zebrafish larvae as a potential model for the study of human chronic inflammatory diseases. METHODOLOGY: Some zebrafish transgenic lines and the unique advantage of the zebrafish embryo for in vivo imaging and cell tracking have been used for the study of the neutrophil distribution patterns. Furthermore, the skin inflammation caused by the depletion of Tnfa or Tnfr2, but not of Tnfr1, has been studied using both genetic (morpholinos and dominant negative forms) and pharmacological (DPI) inhibition of Duox1. The expression of pro-inflammatory molecules has been measured by RT-qPCR, while neutrophils and keratinocytes have been FACS-sorted from controls and Tnfr2-deficient larvae. H2O2-specific probes have been used in order to detect the production of that compound. RESULTS AND CONCLUSIONS: We found that depletion of Tnfa or Tnfr2, but not of Tnfr1, caused skin inflammation through the activation of an H2O2/NF-?B/Duox1 positive feedback inflammatory loop. Moreover, both genetic and pharmacological inhibition of Duox1 completely abrogated skin inflammation, placing Duox1-derived H2O2 upstream of the positive feedback inflammatory loop. Thus, these results lead us to the next conclusions: (1) Genetic inhibition of Tnfa or Tnfr2, but not of Tnfr1, results in neutrophil mobilization from the CHT to the skin, where they get infiltrated; (2) Target gene silencing of Tnfa or Tnfr2 results in the induction of the expression of genes encoding pro-inflammatory mediators in the skin; (3) The absence of Tnfa signaling through Tnfr2 triggers the local production of H2O2 by Duox1; (4) Genetic inhibition of Tnfa or Tnfr2 results in the activation of the master regulator of inflammation NF-?B in the skin, downstream the production of H2O2; (5) Tnfa signaling through Tnfr2 is critically required for skin homeostasis; (6) DUOX1 induction and/or the subsequent production of H2O2 in the skin of psoriasis patients, may be new targets for pharmacologic and genetic therapies for the treatment of psoriasis. These new strategies could be applicable to other chronic inflammatory diseases as well; (7) Zebrafish can be used as a model organism for the study of psoriasis and other inflammatory chronic diseases.