Expression of toll-like receptors by human muscle cells in vitro and in vivo:TLR3 is highly expressed in inflammatory and HIV myopathies, mediates IL-8 release and up-regulation of NKG2D-ligands

The particular microenvironment of the skeletal muscle can be the site of complex immune reactions. Toll-like receptors (TLRs) mediate inflammatory stimuli from pathogens and endogenous danger signals and link the innate and adaptive immune system. We investigated innate immune responses in human muscle. Analyzing TLR1-9 mRNA in cultured myoblasts and rhabdomyosarcoma cells, we found constitutive expression of TLR3. The TLR3 ligand Poly (I:C), a synthetic analog of dsRNA, and IFN-gamma increased TLR3 levels. TLR3 was mainly localized intracellularly and regulated at the protein level. Poly (I:C) challenge 1) activated nuclear factor-kappaB (NF-kappaB), 2) increased IL-8 release, and 3) up-regulated NKG2D ligands and NK-cell-mediated lysis of muscle cells. We examined muscle biopsy specimens of 6 HIV patients with inclusion body myositis/polymyositis (IBM/PM), 7 cases of sporadic IBM and 9 nonmyopathic controls for TLR3 expression. TLR3 mRNA levels were elevated in biopsy specimens from patients with IBM and HIV-myopathies. Muscle fibers in inflammatory myopathies expressed TLR3 in close proximity of infiltrating mononuclear cells. Taken together, our study suggests an important role of TLR3 in the immunobiology of muscle, and has substantial implications for the understanding of the pathogenesis of inflammatory myopathies or therapeutic interventions like vaccinations or gene transfer.

TLR3 and Rig-like receptor on myeloid dendritic cells and Rig-like receptor on human NK cells are both mandatory for production of IFN-gamma in response to double-stranded RNA.

Cross-talk between NK cells and dendritic cells (DCs) is critical for the potent therapeutic response to dsRNA, but the receptors involved remained controversial. We show in this paper that two dsRNAs, polyadenylic-polyuridylic acid and polyinosinic-polycytidylic acid [poly(I:C)], similarly engaged human TLR3, whereas only poly(I:C) triggered human RIG-I and MDA5. Both dsRNA enhanced NK cell activation within PBMCs but only poly(I:C) induced IFN-gamma. Although myeloid DCs (mDCs) were required for NK cell activation, induction of cytolytic potential and IFN-gamma production did not require contact with mDCs but was dependent on type I IFN and IL-12, respectively. Poly(I:C) but not polyadenylic-polyuridylic acid synergized with mDC-derived IL-12 for IFN-gamma production by acting directly on NK cells. Finally, the requirement of both TLR3 and Rig-like receptor (RLR) on mDCs and RLRs but not TLR3 on NK cells for IFN-gamma production was demonstrated using TLR3- and Cardif-deficient mice and human RIG-I-specific activator. Thus, we report the requirement of cotriggering TLR3 and RLR on mDCs and RLRs on NK cells for a pathogen product to induce potent innate cell activation.

La régulation de l’hepcidine à travers les récepteurs Toll-like dans les macrophages

L'interaction entre le système immunitaire et le métabolisme du fer est bien illustrée par l'anémie des maladies chroniques (ACD), qui est fréquemment rencontrée dans les infections chroniques, l'inflammation et le cancer. La majorité des modifications dans les paramètres du fer observées dans l’ACD tient compte des modifications de l’homéostasie du fer, avec la délocalisation du métal de la circulation et les sites de l'érythropoïèse au compartiment de stockage dans les macrophages. Les mécanismes de la réponse hyposidérémique impliquent des cytokines, notamment TNF-alpha et IL-6, qui régulent les niveaux de plusieurs gènes du métabolisme du fer, y compris les transporteurs de fer et de l'hepcidine, un régulateur négatif de l’absorption du fer, ce qui entraîne l'inhibition de l'exportation du fer à travers la ferroportine 1 (FPN1) au niveau de l'intestin et les macrophages. Des études antérieures ont montré que l'IL-6 induit l’expression d’hepcidine dans les hépatocytes, mais il y a très peu de données concernant la façon par laquelle l'hepcidine et la FPN1 sont régulées dans les macrophages. Récemment, nous avons constaté que l'induction de l'hepcidine dans le foie par le lipopolysaccharide (LPS) dépend de la voie de signalisation médiée par le récepteur Toll-like 4 (TLR4). Le but de ce travail est d’identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages et de déterminer l’exigence des TLRs dans l’induction de l’hepcidine et le développement d’hyposidérémie. En plus, nous voulons étudier l’effet de l’inflammation causée par les ligands des TLRs sur le taux de fer sérique, la production des cytokines et l'expression de l’hepcidine et de la ferroportine. D’autre part nous voulons étudier l’effet du taux du fer sur la production d’IL-6 macrophagique en réponse à la stimulation par le TLR4. D'abord, pour identifier les ligands des TLRs capables d'induire l'hepcidine dans les macrophages, nous avons traité les macrophages RAW 264.7 et les macrophages péritonéaux de souris (MPMs) avec différents ligands TLRs et on a mesuré l’expression de l'hepcidine par qRT-PCR. Nous avons observé que Pam3CSK4 (Pam), un ligand de TLR2/1; LPS, un ligand de TLR-4 et FSL1 un ligand de TLR2/6 induisent l’expression de l'hepcidine dans les cellules RAW 264.7 et les MPMs, contrairement au polyinosinic: polycytidylic acid (Poly I: C), un ligand de TLR3. De plus, LPS était capable de réprimer l’expression de la ferroportine dans les cellules RAW 264.7. Afin de mieux définir la nécessité des TLRs pour assurer cette expression, nous avons utilisé les souris TLR-2 knock-out et on a établi que l'expression de l'hepcidine dans les macrophages par LPS, Pam ou FSL1 est dépendante du TLR2. En accord avec les expériences in vitro, les études effectuées in vivo ont montré que LPS réprime l’expression de la ferroportine, ainsi que PolyI:C n’est pas capable de stimuler l'expression d'hepcidine hépatique, par contre il était efficace pour déclencher une hyposidérémie. Ensuite, on voulait déterminer la voie de signalisation utilisée dans l’induction de l’hepcidine dans les macrophages. Comme il y deux voies majeures connues pour la signalisation des TLRs : une dépendante et l’autre indépendante de la protéine MyD88, on a étudié l’expression de l’hepcidine dans les MPMs isolés des souris MyD88-/- et nous avons constaté que l'absence de signalisation MyD88 abolit l'induction de l'hepcidine déclenchée par Pam, LPS et FSL1. D’autre part, la stimulation avec du LPS induisait in vivo la production d’IL-6 et de TNF-alpha, et la stimulation d’IL-6 était renforcée in vitro par la présence du fer. Ces observations indiquent que l’expression de HAMP (Hepcidin Antimicrobial Peptide) dans les macrophages peut être régulée par différents TLRs, ce qui suggère que la production d'hepcidine macrophagique fait partie d'une réponse immunitaire activées par les TLRs.

Rôle des récepteurs Toll-like et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la régulation de l’hepcidine et le développement des hyposidérémies associées à l’inflammation

Le fer est un oligo-élément nécessaire pour le fonctionnement normal de toutes les cellules de l'organisme et joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Cependant, le niveau de fer dans le corps doit être bien réglé, sinon la carence en fer entraine des divers états pathologiques tels que l'anémie et la diminution de l’immunité. D'autre part, une surcharge en fer potentialise la multiplication des germes, aggrave l’infection et la formation de radicaux libres ayant des effets toxiques sur les cellules et leurs composants, ce qui favorise les maladies cardio-vasculaires, l'inflammation et le cancer. L'hepcidine (HAMP), un régulateur négatif de l'absorption du fer, induit la dégradation de la ferroportine (FPN), le seul exportateur connu de fer ce qui réduit sa libération par les macrophages et inhibe son absorption gastro-intestinale. HAMP est synthétisé principalement par les hépatocytes, mais aussi par les macrophages. Cependant, il y a très peu de données sur la façon dont HAMP est régulé au niveau des macrophages. Plus récemment, nous avons constaté que l’induction de l’hepcidin dans le foie par le polysaccharide (LPS) est dépendante de la voie de signalisation médiée par « Toll-like receptor 4 » (TLR4). Grâce au TLR4, le LPS induit l'activation des macrophages qui sécrètent de nombreuses différentes cytokines inflammatoires, y compris Interleukine 6 (IL-6), responsable de l'expression de HAMP hépatique. Dans le premier chapitre de la présente étude, nous avons étudié la régulation de HAMP dans la lignée cellulaire macrophagique RAW264.7 et dans les macrophages péritonéaux murins stimulés par différents ligands des TLRs. Nous avons constaté que TLR2 et TLR4 par l'intermédiaire de la protéine adaptatrice « myeloid differentiation primary response gene 88 » (MyD88) activent l'expression de HAMP dans les cellules RAW264.7 et les macrophages péritonéaux sauvages murins, tandis que cette expression a été supprimée dans les macrophages isolés des souris TLR2-/-, TLR4-déficiente ou MyD88-/-. En outre, nous avons constaté que la production d'IL-6 par les cellules RAW264.7 stimulées avec du LPS a été renforcée par l’ajout des quantités élevées de fer dans le milieu de culture. Au cours de l’inflammation, le niveau de HAMP est fortement augmenté. Ainsi, lorsque l'inflammation persiste, l’expression de HAMP continue à être activée par des cytokines pro-inflammatoires conduisant à une hyposidérémie. Malgré que cette dernière soit considérée comme une défense de l'hôte pour priver les micro-organismes de fer, celle ci cause un développement d'anémies nommées anémies des maladies chroniques. Ainsi, dans le deuxième chapitre de la présente étude, nous avons étudié l'implication des TLRs et leurs protéines adaptatrices MyD88 et TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) dans le développement des hyposidérémies. En utilisant des souris déficientes en MyD88 et TRIF, nous avons montré que les voies de signalisations MyD88 et TRIF sont essentielles pour l’induction de HAMP par le LPS. Malgré l'absence de HAMP, les souris déficientes ont été capables de développer une hyposidérémie, mais la réponse des souris déficientes en MyD88 a été très légère, ce qui indique l'exigence de cette protéine pour assurer une réponse maximale au LPS. En outre, nous avons constaté que la signalisation MyD88 est nécessaire pour le stockage du fer au niveau de la rate, ainsi que l'induction de lipocaline 2 (LCN2), qui est une protéine impliquée dans la fixation du fer pour limiter la croissance bactérienne. Indépendamment de MyD88 ou TRIF, l'activation de TLR4 et TLR3 a conduit, au niveau de la rate, à une diminution rapide de l’expression de FPN et du « Human hemochromatosis protein » (HFE) qui est une protéine qui limite la séquestration du fer cellulaire à partir de la circulation. Cependant, malgré cette baisse d’expression, le manque de la signalisation MyD88 a altéré de manière significative la réponse hyposidérémique. En établissant le rôle des TLRs et de la protéine adaptatrice MyD88 dans la diminution du taux du fer sérique au cours de la réponse inflammatoire, nous avons remarqué qu’en réponse au surcharge en fer les souris déficientes en MyD88 accumulent de manière significative plus de fer hépatique par rapport aux souris sauvages, et cela indépendamment des TLRs. Ainsi, dans le troisième chapitre de la présente étude, nous avons étudié le phénotype observé chez les souris déficientes en MyD88. Nous avons trouvé que l'expression de HAMP chez ces souris a été plus faible que celle des souris de type sauvage. Pour cela, nous avons exploré la signalisation à travers la voie du « Bone Morphogenetic Proteins 6 » (BMP6) qui est considérée comme étant la voie fondamentale de la régulation de HAMP en réponse aux concentrations du fer intracellulaires et extracellulaires et nous avons trouvé que l'expression protéique de Smad4, un régulateur positif de l'expression de HAMP, est significativement plus faible chez les souris MyD88-/- par rapport aux souris sauvages. En outre, on a montré que MyD88 interagit avec « mothers against decapentaplegic, Drosophila, homolog 4 » (Smad4) et que cette interaction est essentielle pour l’induction de HAMP à travers la voie BMP6. En conclusion, notre étude montre que l'expression de HAMP dans les macrophages est régulée principalement par TLR2 et TLR4 à travers la voie MyD88 et que l'accumulation du fer dans les macrophages peut affecter les niveaux des cytokines pro-inflammatoires. En outre, nos analyses démontrent que le développement d’hyposidérémie en réponse au LPS se produit par l'intermédiaire d’un mécanisme dépendant de MyD88 qui est dissociée de la production de cytokines et de HAMP. En plus, nos recherches montrent que MyD88 est nécessaire pour l'expression de Smad4 et cela pour garantir une réponse optimale à travers la signalisation BMP6, conduisant ainsi à une expression adéquate de HAMP. Enfin, la protéine MyD88 joue un rôle crucial dans, la régulation de HAMP au niveau des macrophages, la diminution du taux du fer sérique en réponse au LPS et le maintien de l'homéostasie du fer.

Toll-like receptors-related genes in kidney transplant patients with chronic allograft nephropathy and acute rejection

Introduction: Toll-like receptors (TLR) comprehend an emerging family of receptors that recognize pathogen-associated molecular patterns and promote the activation of leukocytes. Surgical trauma and ischemia-reperfusion injury are likely to provide exposure to endogenous ligands for TLR in virtually all kidney transplant recipients. Methods: Macroarray (GEArray OHS-018.2 Series-Superarray) analyses of 128 genes involved in TLR signaling pathway were performed in nephrectomy samples of patients with chronic allograft nephropathy (CAN) and acute rejection (AR, vascular and non vascular). The analysis of each membrane was performed by GEArray Expression Analysis Suite 2.0. Results: Macroarray profile identified a gene expression signature that could discriminate CAN and AR. Three genes were significantly expressed between CAN and vascular AR: Pellino 2; IL 8 and UBE2V1. In relation to vascular and non-vascular AR, there were only two genes with statistical significance: IL-6 and IRAK-3. Conclusion: Vascular and non-vascular AR and CAN showed different expression of a few genes in TLR pathway. The analysis of nephrectomy showed that activation of TLR pathway is present in AR and CAN. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Stimulation of IL-6 Cytokines in Fibroblasts by Toll-like Receptors 2

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Profiles of gene polymorphisms in cytokines and toll-like receptors with higher risk for gastric cancer

Background: Chronic inflammation and gastric carcinogenesis show a close association, so gene polymorphisms that modify the intensity of the inflammatory response may contribute to variations in gastric cancer risk. Aims: The purpose of this study was to investigate the combined effect of the pro- and anti-inflammatory cytokines and toll-like receptors polymorphisms on the chronic gastritis and gastric cancer risk in a Brazilian population sample. Methods: We evaluated 669 DNA samples (200 of gastric cancer [GC], 229 of chronic gastritis [CG], and 240 of healthy individuals [C]). Ten polymorphisms were genotyped: IL-1RN and TLR2 -196 to -174 del using the allele-specific PCR method and TNF-A (rs1800629; rs1799724), TNF-B (rs909253), IL-8 (rs4073; rs2227532), IL-10 (rs1800872) and TLR4 (rs4986790; rs4986791) using PCR-RFLP. Results: Polymorphisms TNF-A-308G/A, IL-8-251A/T, TNF-B + 252A/G and TLR4 + 1196C/T were not associated with risk of any gastric lesion. However, an association with increased risk for GC was observed for polymorphisms IL-1RNL/2 (p < 0.001), TNF-A-857C/T (p = 0.022), IL-8-845T/C (p < 0.001), IL-10-592C/A (p < 0.001), TLR2ins/del (p < 0.001), and TLR4 + 896A/G (p = 0.033). In CG, an association was observed only with polymorphisms IL-1RNL/2 and IL-10-592A/C (p < 0.001 for both). A combined analysis of these six polymorphisms associated with GC revealed a profile with two to four combined genotypes which confer a higher risk of gastric carcinogenesis, with an OR increased 2.95-fold to 50.4-fold, highlighting the combinations IL-1RN2/TNF-A-857T/IL-8-845C, IL-1RN2/IL-8-845C/TLR2del, IL-1RN2/IL-10-592A/TLR4 + 896G, IL-10-592A/TLR2del/ TLR4 + 896G, and IL-1RN2/TNFA-857T/IL8-845C/TLR2del. Conclusions: Our findings evidenced that the combined effect of polymorphisms in genes involved in the inflammatory process may potentiate the risk of gastric cancer, thus emphasizing the importance of evaluating multiple polymorphisms together. © 2012 Springer Science+Business Media New York.

Expressão e localização de receptores Toll-like -1, -2, -4 e -6 em membranas corioamnióticas de gestações complicadas por corioamnionite histológica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Compartmentalized gene expression of toll-like receptors 2, 4 and 9 in the brain and peripheral lymphoid organs during canine visceral leishmaniasis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Toll-Like recepctors (TLRs) and retinoic acid inducible gene – I (RIG-I) activation by viral analogs in bovine endometrial cells

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Stimulation of monocytes by placental microparticles involves toll-like receptors and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells.

Human pregnancy is accompanied by a mild systemic inflammatory response, which includes the activation of monocytes circulating in maternal blood. This response is exaggerated in preeclampsia, a placental-dependent disorder specific to human pregnancies. We and others showed that placental syncytiotrophoblast membrane microparticles (STBM) generated in vitro from normal placentas stimulated peripheral blood monocytes, which suggest a contribution of STBM to the systemic maternal inflammation. Here, we analyzed the inflammatory potential of STBM prepared from preeclamptic placentas on primary monocytes and investigated the mode of action in vitro. STBM generated in vitro by placental villous explants of normal or preeclamptic placentas were co-incubated with human peripheral blood monocytes. In some cases, inhibitors of specific cellular functions or signaling pathways were used. The analysis of the monocytic response was performed by flow cytometry, enzyme-linked immunoassays, real-time PCR, and fluorescence microscopy. STBM derived from preeclamptic placentas up-regulated the cell surface expression of CD54, and stimulated the secretion of the pro-inflammatory interleukin (IL)-6 and IL-8 in a similar, dose-dependent manner as did STBM prepared from normal placentas. STBM bound to the cell surface of monocytes, but phagocytosis was not necessary for activation. STBM-induced cytokine secretion was impaired in the presence of inhibitors of toll-like receptor (TLR) signaling or when nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) activation was blocked. Our results suggest that the inflammatory reaction in monocytes may be initiated by the interaction of STBM with TLRs, which in turn signal through NF-κB to mediate the transcription of genes coding for pro-inflammatory factors.

Expressão dos receptores Toll-like em carcinoma espinocelular de orofaringe

Nos últimos anos, notou-se aumento da incidência de carcinoma espinocelular de orofaringe (CECOF) associado ao HPV. Sabe-se que CECOF associado ao HPV apresenta melhor prognóstico do que CECOF não infectado por HPV. Inúmeros estudos em carcinoma cervical demonstram alterações de TLRs, isto provavelmente devido às associações das oncoproteínas E6 e E7 com estes receptores. Em humanos, existem 10 TLRs identificados, os quais colaboram na resposta imune contra bactérias, fungos e vírus, bem como colaboram na promoção ou regressão do tumor. Esta influência do TLR na carcinogênese tem sido alvo de inúmeros estudos devido à ligação entre inflamação e o câncer. O presente trabalho teve como objetivo verificar diferenças na expressão e função de receptores Toll-like em carcinoma espinocelular de orofaringe (CECOF). Para tal, foram utilizados trinta e sete espécimes diagnosticados como CECOF e a expressão imuno-histoquímica das proteínas p16 e TLR4 analisadas. Duas linhagens de CECOF HPV16 + e duas CECOF HPV-. foram utilizadas para análise da expressão de TLR1-10, IL-6 e IL-8, por qPCR. A detecção dos principais TLRs (TLR1, TLR2, TLR6 e TLR4) foi feita por citometria de fluxo. Para ativação da via de sinalização de TLR2, e posterior análise da expressão de IL6 e IL8, as células foram estimuladas com peptidoglicano. Para verificar a expressão e função de TLR4, as células foram estimuladas com LPS e LPS UP para posterior análise de IL-6 e IL-8, por ELISA. Os resultados demonstraram diferenças na expressão gênica de TLR1 e TLR6 entre as linhagens HPV- e o grupo HPV+ e diferenças na expressão proteica de TLR9. TLR2 apresentou aumento da expressão proteica em todas as linhagens e demonstra desencadeamento da resposta imune, com secreção de IL6 e IL8 nas linhagens HPV- (SCC72 e SCC89) e em uma das linhagens HPV+ (SCC2). Interessantemente, TLR4 não apresentou diferenças significativas na expressão gênica e proteica. Entretanto, as linhagens HPV+ não demonstraram resposta pró-inflamatória mesmo quando estimuladas com LPS e LPS ultra puro, agonista específico de TLR4. Assim, este trabalho contribui para estabelecer o perfil da expressão dos receptores Toll-like em linhagens celulares de CECOF HPV- e HPV+, e aponta para alterações ocorridas na via de sinalização mediada por TLR4. Além disso, nossos resultados abrem portas para futuros estudos na avaliação de alterações causadas no sistema imune inato pelo HPV, em carcinomas espinocelulares de orofaringe.

Associação do receptor toll-like 2 com o estado pró-inflamatório do diabetes tipo 1

Inflammation has been pointed out as an important factor in development of chronic diseases, as diabetes. Hyperglycemia condition would be responsible by toll-like receptors, TLR2 and TLR4, and, consequently by local and systemic inflammation induction. Thus, the objective of present study was to evaluate type 1 Diabetes mellitus (T1DM) pro-inflammatory state through mRNA expression of TLRs 2 and 4 and proinflammatory cytokines IL-1β, IL-6 and TNF-α correlating to diabetic nephropathy. In order to achieve this objective, 76 T1DM patients and 100 normoglycemic (NG) subjects aged between 6 and 20 years were evaluated. T1DM subjects were evaluated as a total group DM1, and considering glycemic control (good glycemic control DM1G, and poor glycemic control DM1P) and considering time of diagnosis (before achieving 5 years of diagnosis DM1< 5yrs, and after achieving 5 years of diagnosis DM1 <5yrs). Metabolic control was evaluated by glucose and glycated hemoglobin concentrations; to assess renal function serum urea, creatinine, albumin, total protein and urinary albumin-to-creatinine ratio were determined and to evaluate hepatic function, AST and ALT serum activities were measured. Pro-inflammatory status was assessed by mRNA expression of TLRs 2 and 4 and the inflammatory cytokines IL-1β, IL-6 and TNF-α. Except for DM1G group (18.4%), DM1NC patients (81.6%) showed a poor glycemic control, with glycated hemoglobin (11,2%) and serum glucose (225,5 md/dL) concentrations significantly increased in relation to NG group (glucose: 76,5mg/dL and glycated hemoglobin: 6,9%). Significantly enhanced values of urea (20%) and ACR (20,8%) and diminished concentrations of albumin (5,7%) and total protein (13,6%) were found in T1DM patients, mainly associated to a poor glycemic control (DM1P increased values of urea: 20% and ACR:49%, and diminished of albumin: 13,6% and total protein:13,6%) and longer disease duration (DM1 <5yrs - increased values of urea: 20% and ACR:20,8%, and diminished of albumin: 14,3% and total protein:13,6%). As regarding pro-inflammatory status evaluation, significantly increased mRNA expressions were presented for TLR2 (37,5%), IL-1β (43%), IL-6 (44,4%) and TNF-α (15,6%) in T1DM patients in comparison to NG, mainly associated to DM1P (poor glycemic control TLR2: 82%, IL-1β: 36,8% increase) and DM1 <5yrs (longer time of diagnosis TLR2: 85,4%, IL-1β: 46,5% increased) groups. Results support the existence of an inflammatory state mediated by an increased expression of TLR2 and pro-inflammatory cytokines IL-1β, IL-6 and TNF-α in T1DM