Intestinal epithelial ISG15 interactions with the immune system

Abstract

Introduksjon Inflammatorisk tarmsykdom (IBD) er en tilstand med kronisk inflammasjon i gastrointestinal traktus som utgjøres av sykdommene Crohns sykdom og ulcerøs kolitt. Det finnes ingen kur for IBD, men behandlingen er rettet mot å dempe inflammasjonen. Et av problemene ved IBD er at ikke alle pasienter responderer på behandling. Intestinale epitelceller (IECs) er sentrale for intestinal homeostase. De er tett knyttet til både mikrobiomet og immunceller. IECs medierer signaler fra mikrobiomet til immuncellene via mønstergjenkjenningsreseptorer (PRRs). Interferoner blir aktivert via PRRs og er oppregulert i IECs under IBD. Interferoner induserer transkripsjon av Interferon Stimulerte Gener (ISGs). Ett av ISG-ene oppregulert ved IBD er interferon stimulert gen 15 (ISG15). Det er vist at ISG15 har cytokin liknende egenskaper og kan forsterke effekten av andre cytokiner. I denne oppgaven undersøker vi hvordan ISG15 reguleres av pro-inflammatoriske cytokiner i tarmepitelceller, hvordan ISG15 affiserer perifere blod mononukleære celler (PBMC) i kombinasjon med lipopolysakkarider (LPS) og om man kan etterligne ekstracellulær kommunikasjon mellom IECs og immunceller. I tillegg, undersøker vi om ISG15 har potensiale som en biomarkør for IBD.

Materiale og metode Uttrykket av ISG15 ble undersøkt med immunohistokjemi og immunoflouresence. Sekresjon av ISG15 i kondisjonert medium fra HT-29 celler, kolonoider og i humant plasma ble undersøkt med ELISA (Enzymkoblet Immunoabsorberende Analyse).

Resultater ISG15 kan påvises i humant plasma. Uttrykk av ISG15 blir indusert i kolonoider ved stimulering med TNF, poly(I:C) og IFNβ. Proinflammatorisk stimulering av HT-29 celler og kolonoider medfører sekresjon av ISG15. ISG15 forsterker LPS indusert sekresjon av CXCL8 og IL-6 fra PBMCer. PBMC stimulering med kondisjonert medium fra kolonoidene medfører sekresjon av CXCL8, men mengden er uavhengig av tilstedeværelsen av ISG15.

Konklusjon ISG15 er uttrykt og blir skilt ut av tarmepitelceller ved pro-inflammatorisk stimuli. Fritt ISG15 potenserer LPS mediert cytokin frigjørelse. ISG15 er til stede i humant plasma. Dog, mangler det potensiale som en biomarkør grunnet store overlapp mellom IBD pasienter og friske kontroller.

Introduction Inflammatory bowel disease (IBD) comprises Crohn’s disease and ulcerative colitis. IBD is a state of chronic inflammation in the gut without a cure. Medications aim to suppress the inflammatory response, thus relieving symptoms. However, some patients do not respond. Intestinal epithelial cells (IECs) are conductors for intestinal homeostasis. They are in close contact with both the microbiome and immune cells. IECs mediate microbial signals through pattern recognition receptors (PRRs). The interferon pathway is activated through PRRs and upregulated in IECs during IBD. Interferons induce the expression of interferon-stimulated genes (ISGs). Interferon stimulated gene 15 (ISG15) is one of the ISGs upregulated during IBD. It has cytokine-like properties and enhances the secretion of other cytokines. In this thesis, we study how ISG15 is regulated in an ex-vivo system for human IECs (colonoids) upon pro-inflammatory treatment, how ISG15 affects peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) in combination with lipopolysaccharide (LPS) signals and if we can mimic the crosstalk between IECs and immune cells. In addition, we investigate whether ISG15 has potential as a biomarker for IBD.

Materials and methods The expression of ISG15 in the human-derived colonoids was assessed with immunohistochemistry and immunofluorescence. The presence of ISG15 in conditioned medium from HT-29 cells and colonoids and human plasma were analysed with an Enzyme-Linked Immunosorbent Assay.

Results ISG15 was detected in plasma from both IBD patients and healthy controls. TNF, poly(I:C), and IFNβ treatment induces ISG15 expression in colonoids. Pro-inflammatory treatment of HT-29 cells and colonoids induces secretion of ISG15. In combination with LPS, ISG15 enhances CXCL8 and IL-6 secretion from PBMCs. Treating PBMCs with conditioned medium from colonoids induced CXCL8 secretion, but the cytokine secretion seemed independent of ISG15.

Conclusion ISG15 is expressed and secreted by human colonoids upon pro-inflammatory stimulation. Free ISG15 can potentiate LPS induced cytokine expression. ISG15 is present in peripheral blood from IBD patients but lacks potential as a biomarker for IBD duo to overlapping concentrations with healthy controls.