Macrófagos peritoneales en la infección por Trypanosoma cruzi: modulación de mecanismos inflamatorios por tratamiento con metformina

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2024.

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Baigorri, Eliana Ruth
Otros Autores: Cerbán, Fabio Marcelo
Formato: doctoralThesis
Lenguaje:Español
Publicado: 2024
Materias:
Trypanosoma cruzi
Inmunología
Metformina
Macrófagos
Células peritoneales
Enfermedad de Chagas
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/11086/554657
Aporte de:
Repositorio Digital Universitario (UNC) de Universidad Nacional de Córdoba
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Además, el parásito puede ser transmitido por el contacto con la sangre de pacientes en etapa aguda de la infección, por la vía materno- fetal y por vía oral a través de la ingesta de alimentos o bebidas naturales contaminadas. Afecta a personas en situación de vulnerabilidad, en zonas donde prevalecen los triatominos hematófagos y se vuelve crónica en un 30% de los casos. La interacción entre el parásito y el huésped está fuertemente ligada a la respuesta inmune del paciente tanto en fase aguda como en fase crónica. El balance entre una fuerte respuesta inflamatoria que controle la replicación parasitaria sin causar daño en los tejidos sigue siendo motivo de estudio. Los macrófagos son células mieloides de la inmunidad innata que presentan una elevada plasticidad en su fenotipo de respuesta. Los estudios in vitro en cultivo primario o líneas celulares dieron lugar al paradigma de dos perfiles opuestos de activación llamados M1 (inflamatorio) y M2 (antiinflamatorio) que permiten explicar las vías metabólicas, las cascadas quinasas y las proteínas que las células producen. Sin embargo, estos modelos distan de la complejidad de respuesta de los macrófagos in vivo e incluso, de la identidad de estas células en el contexto del tejido en el que residen. En esta tesis pudimos explorar la cinética del compartimento CD11b+ de la cavidad peritoneal en el transcurso de la infección con T. cruzi. La población de macrófagos se divide en ‘Large Peritoneal Macrophages’ (LPM), que ocupan más del 70% de las células CD11b+ y son de origen embrionario, y los ‘Small Peritoneal Macrophages’ (SPM) que son una población minoritaria y derivan de monocitos circulantes. Durante la infección en fase aguda, los LPM disminuyen drásticamente mientras que los SPM y monocitos aumentan en porcentaje. Los LPM serían reemplazados por un tipo de célula de fenotipo inmaduro que no logra adoptar las características fenotípicas y funcionales de los LPM que llamamos ‘Converting Macrophages’ (CM). Además, aumentan la proporción de células productoras de metabolitos reactivos medidos por la expresión de iNOS y la presencia de ROS. Encontramos que estos hallazgos se presentan además en un contexto de poca activación de la enzima AMPK la cual regula diversos mecanismos metabólicos y de respuesta inmune. Por ello, nos propusimos modular la respuesta inmune de los macrófagos mediante el tratamiento de estos con metformina, una droga de uso común en la diabetes tipo 2. Por mecanismos dependientes e independientes de AMPK, metformina disminuye la inflamación exacerbada y mejora la respuesta inmunológica a la infección con determinados patógenos. Encontramos que el tratamiento ex vivo con metformina disminuye la expresión de iNOS con la consecuente disminución en la producción de óxido nítrico. Además, también observamos una disminución en la producción de ROS y en la síntesis y liberación de citoquinas proinflamatorias como TNF-α, IL-1β e IL-6. No obstante, los macrófagos no desarrollan un fenotipo anti-inflamatorio ya que no aumentan la producción de IL-10 ni la expresión y actividad de Arginasa. Encontramos que estas células producen mayores porcentajes de IL-12, la cual es fundamental para la activación y proliferación de las células T. A continuación, encontramos que en experimentos de cocultivo con macrófagos infectados y tratados con metformina, las células T CD8 mejoran su respuesta proliferativa respecto a aquellas que se cultivan con macrófagos infectados sin tratar. La extrapolación a un modelo de tratamiento in vivo en animales BALB/c infectados corroboró los resultados de modulación en la respuesta inflamatoria que fueron observados in vitro. Además, observamos un mejor control de la parasitemia en fase aguda y un menor daño cardíaco en fase crónica. Estos resultados se acompañaron con una mejoría en la funcionalidad de las células T CD8 la cual atribuimos a una menor nitración de las proteínas de superficie en estos linfocitos. No obstante, no pudimos verificar que los efectos en las células T sean sólo por consecuencia de la respuesta de los macrófagos al tratamiento con metformina ya que la transferencia adoptiva de los macrófagos tratados no reprodujo todos los hallazgos del tratamiento in vivo. Los resultados expuestos en esta tesis demuestran la importancia de los macrófagos LPM en la cavidad peritoneal en el control de la infección con el parásito T. cruzi y la respuesta de las células T CD8 en el ratón BALB/c. Además, abre una perspectiva sobre la respuesta inmune del huésped en la cavidad peritoneal tanto para células mieloides como linfoides y la posible modulación de estos mecanismos mediante el tratamiento con metformina, una droga de uso común. Chagas disease affects more than 6 million of people in 21 countries across the Americas. The parasite infection leading to the disease is caused by Trypanosoma cruzi. The main route of transmission is through vectors, specifically triatomine insects. Additionally, the parasite can be transmitted through contact with the blood of patients in the acute stage of infection, via the maternal-fetal route, and orally through the ingestion of contaminated food or natural beverages. Chagas disease primarily affects vulnerable populations in areas where blood-feeding triatomines are prevalent and becomes chronic in about 30% of cases. The host-parasite interaction is closely linked to the immune response of patients during both the acute and chronic phases. The balance between a strong inflammatory response that controls parasite replication without causing tissue damage remains a subject of study. Macrophages are myeloid cells of the innate immune system that exhibit high plasticity in their response phenotype. In vitro studies using primary cultures or cell lines have led to the paradigm of two opposing activation profiles called M1 (inflammatory) and M2 (anti-inflammatory), which help explain metabolic pathways, kinase cascades, and the proteins produced by these cells. However, these models fall short of capturing the complexity of macrophage responses in vivo and even the identity of these cells within the context of the tissue they reside in. In this thesis, we explored the kinetics of the CD11b+ compartment in the peritoneal cavity during T. cruzi infection. The macrophage peritoneal population is divided into ‘Large Peritoneal Macrophages’ (LPMs), which make up more than 70% of CD11b+ cells and have embryonic origin; and ‘Small Peritoneal Macrophages’ (SPMs), a minority population derived from circulating monocytes. During the acute phase of infection, LPMs decrease drastically, while percentage of SPMs and monocytes are increased. LPMs appear to be replaced by a type of immature cell that fails to acquire the phenotypic and functional characteristics of LPMs, which we refer to as 'Converting Macrophages' (CM). Additionally, there is an increase in the proportion of cells producing reactive metabolites, as measured by iNOS expression and ROS. We observed that these findings also occur in a context of low activation of the kinase AMPK, which regulates several metabolic and immune response mechanisms. Therefore, we aimed to modulate the immune response of macrophages through treatment with metformin, a drug commonly used in type 2 diabetes. We found that ex vivo treatment with metformin decreases iNOS expression, leading to a consequent reduction in nitric oxide production. Additionally, we also observed a decrease in ROS production as well as in the synthesis and release of pro-inflammatory cytokines such as TNF-α, IL-1β, and IL-6. However, the macrophages did not develop an anti-inflammatory phenotype, as they do not increase IL-10 production or Arginase expression and activity. We found that these cells produce higher percentages of IL-12, which is crucial for T cell activation and proliferation. Subsequently, in co-culture experiments with infected macrophages treated with metformin, CD8 T cells showed an improved proliferative response compared to those cultured with untreated infected macrophages. Chagas disease affects more than 6 million of people in 21 countries across the Americas. The parasite infection leading to the disease is caused by Trypanosoma cruzi. The main route of transmission is through vectors, specifically triatomine insects. Additionally, the parasite can be transmitted through contact with the blood of patients in the acute stage of infection, via the maternal-fetal route, and orally through the ingestion of contaminated food or natural beverages. Chagas disease primarily affects vulnerable populations in areas where blood-feeding triatomines are prevalent and becomes chronic in about 30% of cases. The host-parasite interaction is closely linked to the immune response of patients during both the acute and chronic phases. The balance between a strong inflammatory response that controls parasite replication without causing tissue damage remains a subject of study. Macrophages are myeloid cells of the innate immune system that exhibit high plasticity in their response phenotype. In vitro studies using primary cultures or cell lines have led to the paradigm of two opposing activation profiles called M1 (inflammatory) and M2 (anti-inflammatory), which help explain metabolic pathways, kinase cascades, and the proteins produced by these cells. However, these models fall short of capturing the complexity of macrophage responses in vivo and even the identity of these cells within the context of the tissue they reside in. In this thesis, we explored the kinetics of the CD11b+ compartment in the peritoneal cavity during T. cruzi infection. The macrophage peritoneal population is divided into ‘Large Peritoneal Macrophages’ (LPMs), which make up more than 70% of CD11b+ cells and have embryonic origin; and ‘Small Peritoneal Macrophages’ (SPMs), a minority population derived from circulating monocytes. During the acute phase of infection, LPMs decrease drastically, while percentage of SPMs and monocytes are increased. LPMs appear to be replaced by a type of immature cell that fails to acquire the phenotypic and functional characteristics of LPMs, which we refer to as 'Converting Macrophages' (CM). Additionally, there is an increase in the proportion of cells producing reactive metabolites, as measured by iNOS expression and ROS. We observed that these findings also occur in a context of low activation of the kinase AMPK, which regulates several metabolic and immune response mechanisms. Therefore, we aimed to modulate the immune response of macrophages through treatment with metformin, a drug commonly used in type 2 diabetes. We found that ex vivo treatment with metformin decreases iNOS expression, leading to a consequent reduction in nitric oxide production. Additionally, we also observed a decrease in ROS production as well as in the synthesis and release of pro-inflammatory cytokines such as TNF-α, IL-1β, and IL-6. However, the macrophages did not develop an anti-inflammatory phenotype, as they do not increase IL-10 production or Arginase expression and activity. We found that these cells produce higher percentages of IL-12, which is crucial for T cell activation and proliferation. Subsequently, in co-culture experiments with infected macrophages treated with metformin, CD8 T cells showed an improved proliferative response compared to those cultured with untreated infected macrophages. 20 Extrapolating this to an in vivo treatment model in infected BALB/c mice corroborated the modulation of the inflammatory response observed in vitro. Furthermore, we found better control of parasitemia in the acute phase and reduced cardiac damage at chronic phase. These results were accompanied by an improvement in the functionality of CD8 T cells, which we attribute to lower nitration of surface proteins in these lymphocytes. However, we were unable to verify that the effects on T cells are only by a consequence of the macrophage response to metformin treatment, as the adoptive transfer of treated macrophages did not reproduce all the findings of the in vivo treatment. The results presented in this thesis demonstrate the importance of LPM macrophages in the peritoneal cavity in controlling T. cruzi infection and the response of CD8 T cells in BALB/c mice. Additionally, this work opens a perspective on the host immune response in the peritoneal cavity for both myeloid and lymphoid cells and the possible modulation of these mechanisms through treatment with metformin, a commonly used drug. 2026-11-30 Fil: Baigorri, Eliana Ruth. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina. 2024-12-22T13:58:53Z 2024-12-01 doctoralThesis http://hdl.handle.net/11086/554657 spa Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

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