Toll-Like Receptor 3 Signaling in Intestinal Epithelial Cells

Abstract

Toll-lignende reseptor 3 uttrykk og signalisering i kolonepitelceller: Toll-lignende reseptorer (TLRer) er viktige sensorer i menneskets medfødte immunforsvar og aktiveres av komponenter som representerer fare for verten, eksempelvis molekyler assosiert med infeksjon og vevsskade. Det finnes ti slike signalreseptorer i mennesket, TLR1-TLR10. Disse reseptorene kan trigge en betennelsesreaksjon/inflammasjon når de aktiveres. I de fleste tilfeller er en inflammatorisk respons fordelaktig for verten (f.eks. ved klarering av infeksjon eller reparering av skade), men inflammasjon kan også bli skadelig. TLRer kan føre til kronisk inflammasjon om de blir feilregulert eller uhensiktsmessig aktivert. Kronisk inflammasjon i et gitt organ øker risikoen for å utvikle kreft i det samme organet. Et klassisk eksempel i denne sammenheng er inflammatorisk tarmsykdom (IBD) som øker risikoen for å utvikle tykktarmskreft. Formålet med doktorgradsarbeidet var å skape en bedre forståelse av biologien til TLRer og hvordan disse reseptorene påvirker inflammasjon og kreftutvikling i tykktarmen. I den første artikkelen som inngår i avhandlingen har vi sett på hvilke cytokiner som er oppregulert i aktiv IBD, hvilke celler disse stammer fra og undersøkt om- og hvordan disse er regulert av TLRer. Genuttrykks-analyser på biopsier fra pasienter i kategoriene aktiv Ulcerøs kolitt (UC), aktiv Crohns sykdom (CD), inaktiv UC, inaktiv CD og friske kontroller, identifiserte CXCL10 til å være et sterkt oppregulert gen i aktiv UC/CD. Immunohistokjemi-merking for CXCL10 på vev fra tilsvarende tykktarmsbiopsier avdekket epitelcellene som en sentral kilde til dette cytokinet i aktiv UC/CD. For å undersøke om TLR-aktivering kunne spille en rolle for CXCL10 produksjonen i epitelceller benyttet vi kolon-epitelcellelinjene HT29 og SW620. Ved å stimulere epitelcellelinjene med aktivatorer for TLR1-9 og måle CXCL10 responsen, fant vi at aktivering av TLR3 resulterte i produksjon av CXCL10. Funnet indikerer at det forhøyede uttrykket av CXCL10 i IBD pasienter potensielt kan være et resultat av TLR3-aktivering i tykktarmen. Funnene i første artikkel viser at kolonepitelceller kan trigge en inflammatorisk respons ved TLR-aktivering, ettersom HT29 og SW620 cellene utskilte store mengder cytokiner ved TLR3-aktivering. HT29 og SW620 er imidlertidig kreftcellelinjer, og vi fortsatte derfor i andre artikkel med å bestemme om TLR-responsene i disse kreftcellelinjene ligner friske kolon-epitelceller, eller om det er forskjeller mellom friske og maligne kolonepitelceller. Vi observerte at friske og maligne celler reagerer ulikt på TLR-aktivering. Mens aktivering av flere TLRer utløste frigjøring av det inflammatoriske cytokinet IL-8 i alle kreftcellelinjene, responderte ikke de friske kolonepitelcellene på noen av TLR-aktivatorene. De cellelinjene som karakteriseres som metastatiske var de eneste cellelinjene som responderte på poly(I:C), en TLR3-aktivator. Ved aktivering av TLR3 i de metastatiske kolonkreftcellelinjene ble det frigitt store mengder cytokiner, som potensielt kan påvirke kreftutvikling og metastase. Det ble derimot ikke produsert noe IFNβ, en typisk TLR3-respons som medfører celledød i flere kreftcelletyper. Videre avdekket vi at TLR3 uttrykkes på celleoverflaten i disse metastatiske epitelcellene. Funnene kan indikere at endret TLR3- uttrykk og -signalisering er karaktertrekk for maligne fremfor friske kolonepitelceller. For videre å bestemme om TLR3-aktivering kan påvirke tumorprogresjon, undersøkte vi i tredje artikkel konsekvensene av TLR3-aktivering på kolonepitelcellenes evne til migrasjon og invasjon, to viktige faktorer for metastasering. Ved bruk av et in vitro migrasjonssystem, sammenlignet vi effekten av TLR3-aktivering på to cellelinjer isolert fra primærsvulst og metastatisk svulst. Vi observerte at de metastatiske cellene fikk forsterket evne til migrasjon/invasjon ved TLR3-stimulering. Denne mekanismen ble videre funnet til å være avhengig av en TLR3-indusert oppregulering og aktivering av chemokine-reseptoren CXCR3, en reseptor som tidligere er vist til å fremme metastasering i tykktarmskreft. Sammenlagt bidrar resultatene i avhandlingen til økt forståelse av TLR-biologien til kolonepitelceller og gir innblikk i måten reseptorene påvirker utviklingen av inflammasjon og kreft i tykktarmen. Våre funn kan ha betydning for bruk av TLR3-aktivatorer som hjelpestoffer/adjuvans i kreftvaksiner (vaksiner som stimulere vertens immunforsvar til antitumorrespons), da resultatene antyder at TLR3-aktivering kan ha ugunstige effekter i enkelte vevstyper.