Toll-like receptor-mediated inflammatory responses in keratinocytes

Abstract

Toll-liknende reseptor-mediert inflammasjon i keratinocytter

Gjennom arbeidet i denne avhandlingen har vi ønsket å finne mer ut av hvordan hudcellen selv setter i gang reparasjonsmekanismer etter ytre påvirkning, gjennom aktivering av hudcellens eget medfødte immunforsvar. Vi har hatt fokus på Tollliknende reseptorer (TLR), som er en særlig viktig del av dette immunforsvaret

Det medfødte immunforsvaret gjenkjenner molekyler som evolusjonsmessig har som fellesnevner at de er assosierte med fare for organismen. Både fremmede molekyler fra mikrober og egne molekyler som varsler om skade kan gjenkjennes av det medfødte immunforsvaret. Aktivering av det medfødte immunsystemet setter i gang betennelsesreaksjoner. For å iverksette en effektiv betennelsesreaksjon, skiller aktiverte hudceller ut signalmolekyler, kalt cytokiner, som aktiverer flere andre celletyper og dessuten er med på å regulere betennelsesprosessens videre forløp

Vi begynte arbeidet med å analysere cytokinprofiler i sårvæske fra akutte sår. I tillegg så vi på hvordan celler i et sårmiljø reagerte på stimulering med ulike TLRligander og betennelsesfremmende cytokiner som er tilstede ved akutt betennelse. Analysene involverte i tillegg til hudceller også endotelceller (blodkarceller), fibroblaster (bindevevsceller), monocytter og nøytrofile ganulocytter (hvite blodceller). Et hovedfunn var at hudceller er særs følsomme for en syntetisk TLR3-ligand, polyI:C. Denne liganden er en analog av dobbeltrådet RNA, som man blant annet finner i enkelte virus. Stimulering med polyI:C utløste kraftige produksjon og frigjøring av de fleste av de 27 molekylære mediatorer vi undersøkte for. Øvrige sentrale TLR-ligander utløste liten eller ingen frigjøring av disse signalmolekylene fra hudceller. Dette funnet la grunnlaget for de videre studiene vi har gjort i denne avhandlingen, hvor vi forsøkte å finne mer ut av hvorfor hudceller er så følsomme for polyI:C, og hvordan polyI:C-stimulering fører til frigjøring av signalmolekyler viktige for igangsetting av betennelsesreaksjon.

Vi gikk videre med å karakterisere hvordan polyI:C stimulering virker så å si utelukkende gjennom TLR3-reseptoren, til tross for at det finnes andre potensielle reseptorer og signaleringsmekanismer for denne liganden. Vi fant videre at TLR3- stimulering førte til en dose-respons- avhengig celledød og samtidig frigjøring av det sentrale cytokinet CXCL-8. Celledød kan skje på ulike måter, og vi har beskrevet morfologiske karakteristika som gjorde det vanskelig å klassifisere celledøden som apoptose eller nekrose. Vi spekulerte i muligheten for at denne celledøden kunne passe med en tredje kategori; pyroptose. Dette er en type programmert celledød som karakteriseres av caspase-1 aktivering, men ikke de apoptotiske caspasene -8, -9 og -3/7. Vi fant også at stimulering med polyI:C sammen med en annen nukleinsyre beskyttet mot både toksisitet og inflammatorisk respons. Denne effekten kunne vi tilskrive utkonkurrering av reseptor-mediert opptak av polyI:C i cellen.

I det siste arbeidet rettet vi fokus på hvordan TLR3-responser er avhengige av caspase-4-aktivering. Caspase-4 er et protein som inngår i programmert celledød og i inflammasjon. Vi fant at TLR3-stimulering i hudceller førte til en kraftig aktivering av gener assosiert med betennelsesprosesser, herunder proformen av det viktige cytokinet interleukin-1β og bestanddeler i andre medfødte immunforsvarssystemer (NLRP3 og caspase-1). Ved å blokkere caspase-4, blokkerte vi både frigjøring av IL-1β og celledød. Caspase-1-hemming blokkerte også for IL-1β-frigjøring, men mindre effektivt enn caspase-4-hemming. Dette plasserer caspase-4 oppstrøms for caspase-1 i kaskaden for IL-1β-frigjøring. Videre fant vi at spesifikk hemming av caspase-4, men ikke caspase-1, beskyttet mot celledød. TLR3 stimulering førte også til en tidlig aktivering av både den inflammatoriske caspase-1 og de apoptotiske caspasene-8, -9 og -3/7. Denne typen celledød av keratinocytter involverer således mekanismer som man observerer både ved apoptose og pyroptose.

Ny og viktig viten om det medfødte immunforsvaret publiseres så å si daglig. I denne avhandlingen har vi demonstrert nye mekanismer for hvordan hudcellen igangsetter betennelsesreaksjoner gjennom TLR3-aktivering.