Avaliação do potencial leishmanicida e antibacteriano de Annona mucosa (Jacq.) - Annonaceae cultivada in vitro e in vivo

A biodiversidade brasileira abrange plantas de importância medicinal que podem ser utilizadas na formulação de novos fármacos. Contudo, tem sido reduzida em velocidade alarmante, em função de diferentes ações antrópicas. A cultura de tecidos vegetais propicia a conservação e uso do germoplasma permitindo a obtenção de substâncias de importância medicinal. As leishmanioses são consideradas um problema de saúde pública mundial sendo a espécie Leishmania braziliensis de maior importância epidemiológica no Brasil. Recentemente tem-se registrado aumento da resistência à linha de tratamento usual. Do mesmo modo, o uso indiscriminado de antibióticos levou ao aumento de bactérias multirresistentes, que representam sério risco de infecção. A espécie Annona mucosa (Jacq.) possui substâncias, como acetogeninas e alcaloides, que apresentam atividades antiparasitária e antimicrobiana. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial leishmanicida e antibacteriano de extratos de A. mucosa de material produzido in vitro e in vivo. Foi proposto um protocolo de germinação in vitro, ainda não reportada para a espécie, com vistas à obtenção de plântulas axênicas. Em meio WPM foram cultivados explantes hipocotiledonares e foliares em meio MS, suplementados com PIC e diferentes concentrações de KIN, BAP ou TDZ. Os calos obtidos foram cultivados em meio líquido de mesma composição para a produção de suspensões celulares. Os materiais foram submetidos à extração metanólica e posterior fracionamento em hexano e diclorometano. Para a avaliação da atividade dos extratos sobre L. braziliensis foi usado o modelo in vitro, com a forma promastigota, e in vivo na forma amastigota, a partir do tratamento de macrófagos peritoneais de camundongos infectados com o parasito. Ambas as formas foram tratadas com os extratos por 96 e 48h, respectivamente. A atividade antimicrobiana foi avaliada por macrodiluição do extrato em Mueller-Hinton, sendo avaliado o crescimento das cepas após 16h de incubação a 48C. A germinação in vitro da espécie foi alcançada em substrato vermiculita estéril umedecido com solução de sais do meio MS, com taxa média de 85%. A maior produção de calos friáveis foi obtida em meios contendo KIN, com potencial uso para cultivo em suspensões celulares. Os extratos do material in situ e in vitro apresentaram atividade leishmanicida, apesar da toxicidade para macrófagos. Culturas de células em suspensão apresentaram potencial leishmanicida in vitro e redução da infecção em macrófagos. Os extratos do material avaliado apresentaram atividade antimicrobiana seletiva, com inibição do crescimento de Streptococcus pyogenes e Bacillus thurigiensis em diferentes concentrações avaliadas. Os métodos biotecnológicos empregados permitiram a obtenção de materiais com propriedades medicinais para as atividades leishmanicida e antibacteriana, assim como o material in vivo, constituindo este estudo o primeiro relato para as atividades propostas em A. mucosa.

Influência do refluxo duodenogástrico nas alterações histológicas da mucosa gástrica em ratos infectados por Helicobacter pylori: modelo experimental

O Helicobacter pylori, é tido como o principal fator de risco para o carcinoma gástrico. Diferentes estudos experimentais em animais procuram relacionar essa carcinogênese a outros fatores carcinógenos sem sucesso. Neste estudo, procurou-se avaliar-se em ratos, se há correlação entre o refluxo duodenogástrico, o Helicobacter pylori e o desenvolvimento do câncer gástrico ou de seus precursores. Para tal, realizou-se nos três grupos de ratos (n de dez por grupo) as técnicas de: piloroplastia precedida de infecção, gastrectomia subtotal precedida de infecção e um grupo no qual foi praticada apenas a infecção. Apois seis meses, analisou-se as alterações da mucosa, comparando-se os três grupos. As alterações da mucosa pesquisadas foram as seguintes: gastrites, metaplasias, displasias e neoplasias epiteliais. Ao término do estudo, foi encontrado, no grupo submetido a piloroplastia precedida de infecção um alto percentual de alterações epiteliais. Conclui-se que, no rato, a operação de piloroplastia, levou ao maior desenvolvimento da população do Helicobacter pylori, que se relaciona com as lesões pré- malignas e o adenocarcinoma gástrico.

Sphingomyelinase D/Ceramide 1-Phosphate in Cell Survival and Inflammation

Sphingolipids are major constituents of biological membranes of eukaryotic cells. Many studies have shown that sphingomyelin (SM) is a major phospholipid in cell bilayers and is mainly localized to the plasma membrane of cells, where it serves both as a building block for cell architecture and as a precursor of bioactive sphingolipids. In particular, upregulation of (C-type) sphingomyelinases will produce ceramide, which regulates many physiological functions including apoptosis, senescence, or cell differentiation. Interestingly, the venom of some arthropodes including spiders of the genus Loxosceles, or the toxins of some bacteria such as Corynebacterium tuberculosis, or Vibrio damsela possess high levels of D-type sphingomyelinase (SMase D). This enzyme catalyzes the hydrolysis of SM to yield ceramide 1-phosphate (C1P), which promotes cell growth and survival and is a potent pro-inflammatory agent in different cell types. In particular, C1P stimulates cytosolic phospholipase A2 leading to arachidonic acid release and the subsequent formation of eicosanoids, actions that are all associated to the promotion of inflammation. In addition, C1P potently stimulates macrophage migration, which has also been associated to inflammatory responses. Interestingly, this action required the interaction of C1P with a specific plasma membrane receptor, whereas accumulation of intracellular C1P failed to stimulate chemotaxis. The C1P receptor is coupled to Gi proteins and activates of the PI3K/Akt and MEK/ERK1-2 pathways upon ligation with C1P. The proposed review will address novel aspects on the control of inflammatory responses by C1P and will highlight the molecular mechanisms whereby C1P exerts these actions.

Efeitos do extrato de Chenopodium ambrosioides L. na cistite induzida pela ciclofosfamida

A cistite hemorrágica (CH) consiste em um processo inflamatório difuso de origem infecciosa ou não que resulta em um sangramento da mucosa vesical. As CH crônicas recorrentes induzidas pela ciclofosfamida (CYP) são um desafio na prática clínica pela alta morbidade e por vezes mortalidade dos pacientes. O tratamento da CH induzida pela ciclofosfamida consiste no uso de MESNA, disulfiram, N-acetil-cisteína, anti-inflamatório, oxigênio hiperbárico, hiper-hidratação e irrigação vesical, mas novas terapias têm sido investigadas, inclusive usando produtos naturais. A espécie vegetal Chenopodium ambrosioides L., conhecida popularmente como mastruz, mastruço e erva-de-Santa-Maria, tem sido relatada pela população como anti-inflamatório e analgésico. O presente estudo investigou os efeitos do extrato bruto hidroalcoólico de folhas de Chenopodium ambrosioides na CH induzida pela ciclofosfamida em ratos. Vinte e nove ratos receberam 150 mg/kg de CYP por via intraperitoneal (i.p.) para indução de CH e em seguida foram divididos em três grupos: controle negativo (CN), tratados com soro fisiológico a 0,9%; extrato bruto hidroalcoólico de Chenopodium ambrosioides (EBHCa), tratado com dose única de 50 mg/kg de extrato bruto hidroalcoólico de Chenopodium ambrosioides (EBH) e controle positivo (CP), tratados com dose única de 15 mg/kg de diclofenaco de potássio, todos por gavagem. Após 48 horas da indução da CH os animais foram sacrificados para retirada da bexiga, que foi preparada para análise histopatológica e imuno-histoquímica. O EBH foi capaz de diminuir o peso da bexiga e histologicamente a inflamação aguda e crônica da bexiga, a extensão do infiltrado inflamatório na parede vesical e a neoformação capilar do mesmo modo que o diclofenaco de potássio, quando comparados ao grupo CN. Observou-se ainda uma redução da expressão imuno-histoquímica de cicloxigenase-2 (COX-2) e do fator nuclear kappa B (NFB) na bexiga. No presente estudo o EBH das folhas de Chenopodium ambrosioides apresentou atividade anti-inflamatória, semelhante ao diclofenaco de potássio, no tratamento da CH induzida pela CYP.

Análise do efeito do etanol sobre a expressão de proteínas de diferenciação do epitélio escamoso no esôfago de camundongos BALB/c

Câncer de esôfago (CE) é um dos tipos de câncer mais frequentes e agressivos, estando entre os dez tipos de câncer mais incidentes e letais no mundo. Entre as regiões mais incidentes do CE estão os países em desenvolvimento, como o Brasil. Apesar de recentes avanços em terapias anticâncer, menos de 10% dos pacientes acometidos por esta doença possuem uma sobrevida maior que cinco anos após seu diagnóstico e este fato é consequência do diagnóstico tardio, uma vez que os sintomas só aparecem em estádios bem avançados. Devido a este panorama há uma grande busca por métodos e, principalmente, biomarcadores de diagnóstico que possam detectar a doença em estádios iniciais e assim aumentar a sobrevida dos pacientes. A discriminação entre tumor e mucosa normal é possível ser feita endoscopicamente, porém, para detecção precoce de tumores esofágico seria importante discriminar mucosa saudável de lesão precursora, como displasia. Uma diferença típica entre tecido normal e displasia é a perda de diferenciação celular, sugerindo que proteínas de diferenciação possam ser um potencial alvo para serem usadas como biomarcadores de detecção precoce em câncer. Citoqueratinas (CKs) e esofagina (SPRR3) são importantes proteínas envolvidas na diferenciação das células no epitélio escamoso. A proteína (SPRR3) vem sendo estudada como um possível biomarcador de detecção de tumores em estádios iniciais de desenvolvimento. Em CE tem sido descrito perda da expressão de SPRR3 quando comparada com a mucosa saudável. Além disso, já foi mostrado que a análise combinada da expressão das duas variantes de SPRR3 (SPRR3-v1 e SPRR3-v2) é capaz de discriminar a mucosa esofágica de indivíduos saudáveis da mucosa adjacente e do tumor com alta sensibilidade e especificidade. Porém, uma associação significativa foi encontrada entre uma menor expressão de SPRR3-v2 e o consumo de álcool. Este dado gerou a hipótese de que o álcool pode levar a carcinogênese por estimular a proliferação e/ou perda de diferenciação do epitélio escamoso e desta forma contribuir para o surgimento do tumor. Para testar esta hipótese, foi realizado um modelo experimental utilizando camundongos BABL/c que receberam diariamente etanol em diferentes concentrações por diferentes intervalos de tempo. Foram analisados critérios de toxicidade dos animais e critérios para avaliação histopátológica no tecido esofágico. Além disso, foi analisado o perfil de expressão de proteínas envolvidas em diferenciação e proliferação celular que pudessem sugerir alterações no epitélio esofágico induzidas pelo etanol, sendo estas SPRR3, CK5/8 e CK14 e Ki67. Inflamação foi a única alteração histológica encontrada, porém ocorreu de forma aleatória, não podendo, portanto, ser associada ao etanol. Alteração no padrão de expressão das proteínas analisadas foi encontrada em regiões inflamadas. Porém, a maioria das amostras não apresentou alterações histopatológicas, nem tampouco alteração de expressão das proteínas, sugerindo que em epitélio esofágico de camundongos BALB/c o etanol não é capaz de induzir isoladamente alteração na proliferação e perda de diferenciação celular.

Eficácia de um protocolo de higiene bucal com utilização de solução de clorexidina a 0,12% na prevenção de pneumonias associadas à ventilação mecânica (PAVM) e os efeitos sobre a microbiota da mucosa bucal de pacientes internados em unidades de terapia intensiva

A presente investigação teve como objetivo avaliar a prática de cirurgiões dentistas em uma unidade de terapia intensiva (UTI) de um hospital militar, o estabelecimento de um protocolo de higiene oral e os seus efeitos sobre a redução de pneumonias associadas à ventilação mecânica (PAVM). As percepções da equipe da UTI sobre as atividades dos cirurgiões dentistas também foram avaliadas por meio de um questionário. O perfil de colonização microbiana da mucosa oral antes e depois do estabelecimento das medidas de higiene oral também foi avaliado tanto por diluição e plaqueamento em meios de cultura microbiológicos seletivos e enriquecidos e através da amplificação pelo método de PCR e eletroforese em gel desnaturante em gradiente (DGGE), subsequente ao sequenciamento dos amplicons. A carga microbiana foi avaliada após a contagem de placas de agar e através da amplificação por PCR em tempo real (qPCR) do gene rrs nas amostras. O protocolo de higiene oral, realizado pelos cirurgiões dentistas, foi capaz de reduzir a incidência de PAVM (p <0,05). O questionário revelou que a modificação da halitose foi percebida por 93,33% dos participantes. A redução da ocorrência das úlceras orais e dos lábios durante a internação dos pacientes foi observada por 80% da equipe da UTI. Foi observada a redução da produção das secreções nasais e bucais por 70% da equipe dos profissionais da UTI. Para 86,66% dos participantes a assistência aos pacientes tornou-se mais agradável após a instituição dos cuidados bucais. O protocolo, realizado com a utilização de solução 0,12% de clorexidina, não foi capaz de evitar a colonização da mucosa oral por patógenos microbianos usualmente encontrados no ambiente hospitalar tais como os bastonetes Gram-negativos entéricos e não fermentadores, nem foi capaz de eliminá-los quando tais micro-organismos já se encontravam presentes antes dos procedimentos de higiene bucal. Alguns Bastonetes Gram-positivos (Lactobacillus sp e corinebactérias) e Staphylococcus epidermidis permaneceram após a realização dos procedimentos. O protocolo de higiene oral permitiu a redução da carga microbiana na mucosa oral de 50% dos pacientes considerando-se o método de contagem microbiana e para 35% dos pacientes pela avaliação dos números de cópias de genes rrs através de qPCR. Em conclusão, o protocolo de higiene oral desenvolvido pelos cirurgiões dentistas foi capaz de reduzir a incidência de PAV na UTI, embora não tenha sido capaz de prevenir a colonização da mucosa oral por supostos patógenos microbianos. O protocolo de higiene oral com a participação ativa dos cirurgiões dentistas foi bem aceito pelos profissionais da UTI e foi capaz de melhorar a qualidade da assistência aos pacientes críticos.

Adaptação digestiva com duodenal switch parcial em pacientes diabéticos e com IMC<35 Kg/m2. Análise da resposta clínica, laboratorial, enterohormonal e da expressão do gene p53 na mucosa intestinal

O diabetes mellitus tipo 2 (DM2) é uma doença de prevalência crescente na população mundial, sendo associado ao aumento de diversas comorbidades. A relação entre o trato digestivo e o DM2 tem sido fortalecida a partir dos resultados das diferentes cirurgias metabólicas frente à remissão do distúrbio endócrino. Alterações morfológicas hipertróficas no epitélio intestinal são percebidas nos estágios iniciais da doença e parece ter papel primordial na instalação da hiperglicemia crônica. O gene p53 participa ativamente dos processos de regulação do crescimento epitelial intestinal e pode sofrer alteração de sua expressão em estados diabéticos. Objetiva-se avaliar os resultados clínicos e laboratoriais de pacientes DM2 e com índice de Massa Corpórea (IMC) >25 e <35 Kg/m2 submetidos a cirurgia metabólica denominada adaptação digestiva com duodenal switch parcial (DSP) e avaliar o comportamento da expressão do gene p53 na mucosa intestinal no período pré e pós-operatório. Nove pacientes DM2, com IMC<35Kg/m2 foram operados pela técnica DSP. Biópsias de duodeno e íleo foram colhidas no estado diabético (pré e transoperatório respectivamente) e, 3 meses após a cirurgia, através de endoscopia digestiva alta. Foram comparados os dados de evolução antropométrica (IMC) e laboratorial no período pré e pós-operatório. Através do método enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) foram determinados os níveis dos entero-hormônios glucagon-like peptide-1 (GLP-1) e glucose-dependent insulinotropic peptide (GIP), no pré e pós-operatório, em jejum e pós-prandial nos períodos 30',60',90' e 120'. A expressão do gene p53, foi avaliada por real time polymerase chain reaction (qrt-PCR) e western blot, nos dois diferentes momentos. As variáveis: glicemia de jejum e pós-prandial (2 horas), trigliceridemia de jejum, hemoglobina glicada (HbAc1) e peptídeo C foram analisadas. As médias dos parâmetros laboratoriais foram comparadas pela análise multivariada ANOVA e após teste-Tukey. A média de expressão relativa do gene p53 foi comparada nos dois períodos pelo teste t-student. Os resultados evidenciaram que entre maio e dezembro de 2010, nove pacientes (4 homens, 5 mulheres) DM2 e com IMC entre 26 e 34Kg/m2 foram submetidos a DSP. A média de IMC do grupo operado foi de 31,3. Houve queda do IMC média de 23% após um ano. Houve queda significativa (p<0,05) nos níveis de triglicerídeos, glicemia de jejum e pós-prandial (2 horas), HbA1c assim como aumento do peptídeo-C (p<0,05), quando comparados os períodos pré e pós-operatório. Os níveis séricos de GLP-1 foram significativamente maiores no pós-operatório (p<0,05), tanto em jejum como pós-prandial sendo que houve diminuição dos níveis de GIP, contudo sem significância estatística. O gene p53 sofreu aumento significativo de sua expressão relativa (qrt-PCR)(p<0,05) no período pós-operatório na mucosa duodenal e uma tendência de aumento no íleo, contudo sem significância estatística. A análise da expressão ao nível proteico foi bem sucedida somente no íleo, também mostrando tendência de aumento. Concluí-se que a DSP foi capaz de controlar satisfatoriamente o DM2 em pacientes com IMC<35 Kg/m2. Houve aumento da secreção de GLP-1 e tendência de diminuição do GIP. Houve aumento da expressão do p53 na mucosa intestinal, no período pós-operatório, após o controle do diabetes, quando comparada ao período pré-operatório.

Gastroprotective potential of Buddleja scordioides Kunth: Effects into the modulation of antioxidant enzymes and inflammation markers in an in vivo model

Ethnopharmacological relevance: A common plant used to treat several gastric disorders is Buddleja scordioides Kunth,commonly known as salvilla. Aim of thes tudy: To detect inflammatory markers,in order to evaluate the gastroprotective potential of salvilla infusions,as this could have beneficial impact on the population exposed to gastric ulcers and colitis. Materials and methods: The present work attempted infusions were prepared with B. scordioides (1% w/w) lyophilized and stored.Total phenolic content and GC–MS analysis were performed. Wistar rats were divided into five groups a negative vehicle control,an indomethacin group,and three experimental groups,named preventive,curative,and suppressive. All rats were sacrificed under deep ether anesthesia(6h)after the last oral administration of indomethacin/infusion.The rat stomachs were promptly excised,weighed,and chilled in ice-cold and 0.9%NaCl.Histological analysis,nitrites quantification and immunodetection assays were done. Results: B.scordioides infusions markedly reduced the visible hemorrhagic lesions induced byindomethacin in rat stomachs,also showed down-regulation of COX2, IL-8 and TNFα and up-regulation of COX-1with a moderate down-regulation of NFkB and lower amount of nitrites.However,this behavior was dependent on the treatment,showing most down-regulation of COX-2,TNFα and IL-8 in the curative treatment;more down-regulation of NF-kB in the preventive treatment;and more up-regulation of COX-1 for the suppressor and preventive treatments. Conclusion: The anti-inflammatory potential of B. scordioides infusions could be related with the presence of polyphenols as quercetin in the infusion and how this one is consumed.

Molecular analysis of virulence mechanisms associated with adherent-invasive Escherichia coli (AIEC)

Crohn's Disease (CD) is a chronic inflammatory bowel disease of unknown etiology. Recent work has shown that a new pathotype of Escherichia coli, Adherent Invasive E. coli (AIEC) may be associated with CD. AIEC has been shown to adhere to and invade epithelial cells and to replicate within macrophages (together this is called the AIEC phenotype). In this thesis, the AIEC phenotype of 84 E. coli strains were determined in order to identify the prevalence of this phenotype within the E. coli genus. This study showed that a significant proportion of E. coli strains (approx. 5%) are capable of adhering to and invading epithelial cells and undergoing intramacrophage replication. Moreover, the results presented in this study indicate a correlation between survival in macrophage and resistance to grazing by amoeba supporting the coincidental evolution hypothesis that resistance to amoebae could be a driving force in the evolution of pathogenicity in some bacteria, such as AIEC. In addition, this study has identified an important regulatory role for the CpxA/R two component system (TCS) in the invasive abilities of AIEC HM605, a colonic mucosa-associated CD isolate. A mutation in cpxR was shown to be defective in the invasion of epithelial cells and this defect was shown to be independent of motility or the expression of Type 1 fimbriae, factors that have been shown to be involved in the invasion of another strain of AIEC, isolated from a patient with ileal CD, called LF82. The CpxA/R TCS responds to disturbances in the cell envelope and has been implicated in the virulence of a number of Gram negative pathogens. In this study it is shown that the CpxA/R TCS regulates the expression of a potentially novel invasin called SinH. SinH is found in a number of invasive strains of E. coli and Salmonella. Moreover work presented here shows that a critical mechanism underpinning AIEC persistence in macrophages is the repair of DNA bases damaged by macrophage oxidants. Together these findings provide evidence to suggest that AIEC are a diverse group of E. coli and possess diverse molecular mechanisms and virulence factors that contribute to the AIEC phenotype. In addition, AIEC may have gone through different evolutionary histories acquiring various molecular mechanisms ultimately culminating in the AIEC phenotype. The gastrointestinal (GI) tract harbors a diverse microbiota; most are symbiotic or commensal however some bacteria have the potential to cause disease (pathobiont). The work presented here provides evidence to support the model that AIEC are pathobionts. AIEC strains can be carried as commensals in healthy guts however, when the intestinal homeostasis is disrupted, such as in the compromised gut of CD patients, AIEC may behave as opportunistic pathogens and cause and/or contribute to disease by driving intestinal inflammation.

The role of metabolism in the pathogenesis of adherent invasive Escherichia coli (AIEC)

Crohn’s disease (CD) is a chronic, relapsing inflammatory condition affecting the gastrointestinal tract of humans, of which there is currently no cure. The precise etiology of CD is unknown, although it has become widely accepted that it is a multifactorial disease which occurs as a result of an abnormal immune response to commensal enteric bacteria in a genetically susceptible host. Recent studies have shown that a new group of Escherichia coli, called Adherent Invasive Escherichia coli (AIEC) are present in the guts of CD patients at a higher frequency than in healthy subjects, suggesting that they may play a role in the initiation and/or maintenance of the inflammation associated with CD. Two phenotypes define an AIEC and differentiate them from other groups of E. coli. Firstly, AIEC can adhere to and invade epithelial cells; and secondly, they can replicate in macrophages. In this study, we use a strain of AIEC which has been isolated from the colonic mucosa of a CD patient, called HM605, to examine the relationship between AIEC and the macrophage. We show, using a systematic mutational approach, that while the Tricarboxylic acid (TCA) cycle, the glyoxylate pathway, the Entner-Doudoroff (ED) pathway, the Pentose Phosphate (PP) pathway and gluconeogenesis are dispensable for the intramacrophagic growth of HM605, glycolysis is an absolute requirement for the ability of this organism to replicate intracellularly. We also show that HM605 activates the inflammasome, a major driver of inflammation in mammals. Specifically, we show that macrophages infected with HM605 produce significantly higher levels of the pro-inflammatory cytokine IL-1β than macrophages infected with a non-AIEC strain, and we show by immunoblotting that this is due to cleavage of caspase-1. We also show that macrophages infected with HM605 exhibit significantly higher levels of pyroptosis, a form of inflammatory cell death, than macrophages infected with a non-AIEC strain. Therefore, AIEC strains are more pro-inflammatory than non-AIEC strains and this may have important consequences in terms of CD pathology. Moreover, we show that while inflammasome activation by HM605 is independent of intracellular bacterial replication, it is dependent on an active bacterial metabolism. Through the establishment of a genetic screen aimed at identifying mutants which activate the inflammasome to lower levels than the wild-type, we confirm our observation that bacterial metabolism is essential for successful inflammasome activation by HM605 and we also uncover new systems/structures that may be important for inflammasome activation, such as the BasS/BasR two-component system, a type VI secretion system and a K1 capsule. Finally, in this study, we also identify a putative small RNA in AIEC strain LF82, which may be involved in modulating the motility of this strain. Overall this works shows that, in the absence of specialised virulence factors, the ability of AIEC to metabolise within the host cell may be a key determinant of its pathogenesis.

Investigation of toll-like receptor tolerance in the regulation of inflammation

Inflammation is a complex and highly organised immune response to microbes and tissue injury. Recognition of noxious stimuli by pathogen recognition receptor families including Toll-like receptors results in the expression of hundreds of genes that encode cytokines, chemokines, antimicrobials and regulators of inflammation. Regulation of TLR activation responses is controlled by TLR tolerance which induces a global change in the cellular transcriptional expression profile resulting in gene specific suppression and induction of transcription. In this thesis the plasticity of TLR receptor tolerance is investigated using an in vivo, transcriptomics and functional approach to determine the plasticity of TLR tolerance in the regulation of inflammation. Firstly, using mice deficient in the negative regulator of TLR gene transcription, Bcl-3 (Bcl-3-/-) in a model of intestinal inflammation, we investigated the role of Bcl-3 in the regulation of intestinal inflammatory responses. Our data revealed a novel role for Bcl-3 in the regulation of epithelial cell proliferation and regeneration during intestinal inflammation. Furthermore this data revealed that increased Bcl-3 expression contributes to the development of inflammatory bowel disease (IBD). Secondly, we demonstrate that lipopolysaccharide tolerance is transient and recovery from LPS tolerance results in polarisation of macrophages to a previously un-described hybrid state (RM). In addition, we identified that RM cells have a unique transcriptional profile with suppression and induction of genes specific to this polarisation state. Furthermore, using a functional approach to characterise the outcomes of TLR tolerance plasticity, we demonstrate that cytokine transcription is uncoupled from cytokine secretion in macrophages following recovery from LPS tolerance. Here we demonstrate a novel mechanism of regulation of TLR tolerance through suppression of cytokine secretion in macrophages. We show that TNF-α is alternatively trafficked towards a degradative intracellular compartment. These studies demonstrate that TLR tolerance is a complex immunological response with the plasticity of this state playing an important role in the regulation of inflammation.

Characterisation of the role of Fas in intestinal inflammation and cancer

Background: The role of Fas (CD95) and its ligand, Fas ligand (FasL/CD95L), is poorly understood in the intestine. Whilst Fas is best studies in terms of its function in apoptosis, recent studies suggest that Fas ligation may mediate additional, non-apoptotic functions such as inflammation. Toll like Receptors (TLRs) play an important role in mediating inflammation and homeostasis in the intestine. Recent studies have shown that a level of crosstalk exists between the Fas and TLR signalling pathways but this has not yet been investigated in the intestine. Aim: The aim of this study was to evaluate potential cross-talk between TLRs and Fas/FasL system in intestinal cancer cells. Results: Treatment with TLR4 and TLR5 ligands, but not ligands for TLR2 and TLR9 increased the expression of Fas and FasL in intestinal cancer cells in vitro. Consistent with this, expression of Fas and FasL was reduced in the distal colon tissue from germ-free (GF), TLR4 and TLR5 knock-out (KO) mice but was unchanged in TLR2KO tissue, suggesting that intestinal cancer cells display a degree of specificity in their ability to upregulate Fas and FasL expression in response to TLR ligation. Expression of both Fas and FasL was significantly reduced in TRIF KO tissue, indicating that signalling via TRIF by TLR4 and TLR5 agonists may be responsible for the induction of Fas and FasL expression in intestinal cancer cells. In addition, modulating Fas signalling using agonistic anti-Fas augmented TLR4 and TLR5-mediated tumour necrosis factor alpha (TNFα) and interleukin 8 (IL)-8 production by intestinal cancer cells, suggesting crosstalk occurs between these receptors in these cells. Furthermore, suppression of Fas in intestinal cancer cells reduced the ability of the intestinal pathogens, Salmonella typhimurium and Listeria monocytogenes to induce the expression of IL-8, suggesting that Fas signalling may play a role in intestinal host defence against pathogens. Inflammation is known to be important in colon tumourigenesis and Fas signalling on intestinal cancer cells has been shown to result in the production of inflammatory mediators. Fas-mediated signalling may therefore play a role in colon cancer development. Suppression of tumour-derived Fas by 85% led to a reduction in the tumour volume and changes in tumour infiltrating macrophages and neutrophils. TLR4 signalling has been shown to play a role in colon cancer via the recruitment and activation of alternatively activated immune cells. Given the crosstalk seen between Fas and TLR4 signalling in intestinal cancer cells in vitro, suppressing Fas signalling may enhance the efficacy of TLR4 antagonism in vivo. TLR4 antagonism resulted in smaller tumours with fewer infiltrating neutrophils. Whilst Fas downregulation did not significantly augment the ability of TLR4 antagonism to reduce the final tumour volume, Fas suppression may augment the anti-tumour effects of TLR4 antagonism as neutrophil infiltration was further reduced upon combinatorial treatment. Conclusion: Together, this study demonstrates evidence of a new role for Fas in the intestinal immune response and that manipulating Fas signalling has potential anti-tumour benefit.

Investigating the role of Fas (CD95) signalling in the modification of innate immune induced inflammation

Background/Aim: It has been demonstrated that a number of pathologies occur as a result of dysregulation of the immune system. Whilst classically associated with apoptosis, the Fas (CD95) signalling pathway plays a role in inflammation. Studies have demonstrated that Fas activation augments TLR4-mediated MyD88-dependent cytokine production. Studies have also shown that the Fas adapter protein FADD is required for RIG-I-induced IFNβ production. As a similar signalling pathway exists between RIG-I, TLR3 and the MyD88- independent of TLR4, we hypothesised that Fas activation may modulate both TLR3- and TLR4-induced cytokine production. Results: Fas activation reduced poly I:C-induced IFNβ, IL-8, IL-10 and TNFα production whilst augmenting poly I:C-, poly A:U- and Sendai virus-induced IP-10 production. TLR3-, RIG-I- and MDA5-induced IP-10 luciferase activation were inhibited by the Fas adapter protein FADD using overexpression studies. Poly I:C-induced phosphorylation of p-38 and JNK MAPK were reduced by Fas activation. Overexpression of FADD induced AP-1 luciferase activation. Point mutations in the AP-1 binding site enhanced poly I:C-induced IP- 10 production. LPS-induced IL-10, IL-12, IL-8 and TNFα production were enhanced by Fas activation, whilst reducing LPS-induced IFNβ production. Absence of FADD using FADD-/- MEFs resulted in impaired IFNβ production. Overexpression studies using FADD augmented TLR4-, MyD88- and TRIF-induced IFNβ luciferase activation. Overexpression studies also suggested that enhanced TLR4-induced IFNβ production was independent of NFκB activation. Conclusion: Viral-induced IP-10 production is augmented by Fas activation by reducing the phosphorylation of p-38 and JNK MAPKs, modulating AP-1 activation. The Fas adapterprotein FADD is required for TLR4-induced IFNβ production. Studies presented here demonstrate that the Fas signalling pathway can therefore modulate the immune response. Our data demonstrates that this modulatory effect is mediated by its adapter protein FADD, tailoring the immune response by acting as a molecular switch. This ensures the appropriate immune response is mounted, thus preventing an exacerbated immune response.

Diversion of intestinal flow decreases the numbers of interleukin 4 secreting and interferon gamma secreting T lymphocytes in small bowel mucosa.

BACKGROUND/AIMS: The intestinal immune system faces large amounts of antigens, and its regulation is tightly balanced by cytokines. In this study, the effect of intestinal flow diversion on spontaneous secretion of interleukin (IL)-4 and interferon (IFN)- gamma was analysed. METHODS: Eight patients (two with Crohn's disease, four with ulcerative colitis, and two with previous colon cancer) carrying a double lumen small bowel stoma after a total colectomy procedure were included in the study. For each patient, eight biopsy samples were taken endoscopically from both the diverted and non-diverted part of the small bowel. Intraepithelial lymphocytes (IELs) and lamina propria lymphocytes (LPLs) were isolated separately and assayed for numbers of cells spontaneously secreting IL-4 and/or IFN-gamma by an ELISPOT technique. RESULTS: Compared with the non-diverted mucosa, a significant decrease in the number of spontaneously IFN-gamma secreting CD3 lymphocytes was observed in the diverted small bowel mucosa among both IELs (p = 0.008) and LPLs (p = 0.007). The same results, although less significant, were obtained for IL-4, especially in LPLs (p = 0.01). CONCLUSION: The intestinal content influences the spontaneous secretion of IFN-gamma and IL-4 by intestinal lymphocytes. These results could help to elucidate the anti-inflammatory role of split ileostomy in patients suffering from inflammatory bowel diseases.

Anti-CTLA-4 treatment induces IL-10-producing ICOS+ regulatory T cells displaying IDO-dependent anti-inflammatory properties in a mouse model of colitis.

BACKGROUND AND AIMS: Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4 (CTLA-4) has been shown to act as a negative regulator of T cell function and has been implicated in the regulation of T helper 1 (Th1)/Th2 development and the function of regulatory T cells. Tests were carried out to determine whether anti-CTLA-4 treatment would alter the polarisation of naive T cells in vivo. METHODS: Mice were treated with anti-CTLA-4 monoclonal antibody (mAb) (UC10-4F10) at the time of immunisation or colonic instillation of trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS). The cytokines produced by lymph node cells after in vitro antigenic stimulation and the role of indoleamine 2,3 dioxygenase (IDO) and of interleukin-10 (IL-10) were tested, and the survival of mice was monitored. RESULTS: Injection of anti-CTLA-4 mAb in mice during priming induced the development of adaptive CD4(+) regulatory T cells which expressed high levels of ICOS (inducible co-stimulator), secreted IL-4 and IL-10. This treatment inhibited Th1 memory responses in vivo and repressed experimental intestinal inflammation. The anti-CTLA-4-induced amelioration of disease correlated with IDO expression and infiltration of ICOS(high) Foxp3(+) T cells in the intestine, suggesting that anti-CTLA-4 acted indirectly through the development of regulatory T cells producing IL-10 and inducing IDO. CONCLUSIONS: These observations emphasise the synergy between IL-10 and IDO as anti-inflammatory agents and highlight anti-CTLA-4 treatment as a potential novel immunotherapeutic approach for inducing adaptive regulatory T cells.