PRR signalling in mesenchymal stromal cell response to fungal infection

Mgr. Federico Tidu, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Mezenchymální stromální buňky (MSC) jsou multipotentní buňky přítomné ve stromální frakci mnoha tkání. Jejich schopnost migrovat do míst s probíhajícím zánětem a jejich schopnost produkce imunoregulačních faktorů, společně s jednoduchou a neinvazivní metodou izolace, z nich činí zajímavého kandidáta pro buněčné terapie. Z tohoto důvodu MSC získaly velkou pozornost při výzkumu terapie reakce štěpu proti hostiteli (graft versus host disease - GvHD). Účinnost MSC však stále zůstává kontroverzní, zejména kvůli špatnému pochopení molekulárních mechanismů, které kontrolují jejich reakci MSC na zánět. Cílem této práce je prozkoumat signální dráhy zapojené do reakce MSC buněk, izolovaných z tukové tkáně(Ad-MSC), na fungální infekce, které jsou jednou z hlavních příčin úmrtí u pacientů s GvHD, a také pochopení souvisejících genových programů. Zjistili jsme, že Ad-MSC fagocytují fungální složku zymosan, což vede k fosforylaci tyrosin-protein kinázy Syk. Následující signální kaskáda způsobuje zvýšení hladin cytosolického vápníku a nakonec nukleární translokaci NFAT1. Analýza genové exprese provedená sekvenováním RNA z Ad-MSC stimulovaných zymosanem ukazuje, že inhibice CN-NFAT ovlivňuje geny extracelulární matrix (ECM), ale ne expresi cytokinů, která naopak zůstává pod kontrolou transkripčního faktoru NF-kB. Při kokultivaci Ad-MSC s mononukleárními buňkami lidské periferní krve, snižuje selektivní inhibice NFAT v Ad-MSC celkovou expresi antifungálních cytokinů. Tato zjištění odhalují dvojí mechanismus, který je základem odpovědi Ad-MSC na zymosan: zatímco NF-kB přímo řídí expresi zánětlivých cytokinů, NFAT ovlivňuje funkce imunitních buněk regulací genů ECM.

Abstract:

Mesenchymal stromal cells (MSCs) are multipotent cells present in the stromal fraction of many tissues. Their ability to migrate to inflammed sites and secrete immunoregulatory factors, toghether with the simple and non-invasive method of isolation, make them an interesting candidate for cell therapies. For this reason, MSCs have attracted great attention in the therapy of graft versus host disease (GvHD). Nevertheless the efficacy of MSCs still remains controversial, mainly due to a poor understanding of the molecular mechanisms governing MSC response to inflammation. The aim of this work is to investigate the signalling pathways involved in adipose-derived MSC (Ad-MSC) response to fungal infection, the main cause of mortality in GvHD patients, and to understand the gene programs associated. We report that Ad-MSCs phagocytose the fungal component zymosan resulting in phosphorylation of the tyrosine-protein kinase Syk. The ensuing signalling cascade causes an increase in cytosolic calcium levels and ultimately, NFAT1 nuclear translocation. RNA-sequencing analysis of zymosan-treated Ad-MSCs shows that CN-NFAT inhibition affects extracellular matrix (ECM) genes, but not cytokine expression that is under the control of the NF-κB pathway. When co-culturing Ad-MSCs with human peripheral blood mononuclear cells, selective NFAT inhibition in Ad-MSCs decreases anti-fungal cytokine expression. These findings reveal a dual mechanism underlying the Ad-MSC response to zymosan: while NF-κB directly controls inflammatory cytokine expression, NFAT impacts immune-cell functions by regulating ECM genes.

Keywords

mesenchymal stromal cells, pattern recognition receptors, NFAT, NF-κB, fungal infection, zymosan, calcineurin, graft versus host disease, immunosuppression

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 11. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 3. 12. 2020
• Supervisor: Mgr. Jan Frič, Ph.D., Mgr. Pavel Krejčí, Ph.D.
• Reader: Prof.ssa Teresa Zelante, Mgr. Lenka Rossmeislová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Biomedical sciences / Biochemistry and Molecular Biology