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.

Recognition of hepatitis C virus RNA by toll like receptors 7 and 8 : implications for the initiation of innate immune response

Le virus de l’hépatite C (VHC) est un virus à ARN simple brin positif (ssARN) qui se replique dans le foie. Deux cents millions de personnes sont infectées par le virus dans le monde et environ 80% d’entre elles progresseront vers un stade chronique de l’infection. Les thérapies anti-virales actuelles comme l’interféron (IFN) ou la ribavirin sont de plus en plus utilisées mais ne sont efficaces que dans la moitié des individus traités et sont souvent accompagnées d’une toxicité ou d’effets secondaires indésirables. Le système immunitaire inné est essentiel au contrôle des infections virales. Les réponses immunitaires innées sont activées suite à la reconnaissance par les Pathogen Recognition Receptors (PRRs), de motifs macromoléculaires dérivés du virus appelés Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs). Bien que l'activation du système immunitaire par l'ARN ou les protéines du VHC ait été largement étudiée, très peu de choses sont actuellement connues concernant la détection du virus par le système immunitaire inné. Et même si l’on peut très rapidement déceler des réponses immunes in vivo après infection par le VHC, l’augmentation progressive et continue de la charge virale met en évidence une incapacité du système immunitaire à contrôler l’infection virale. Une meilleure compréhension des mécanismes d’activation du système immunitaire par le VHC semble, par conséquent, essentielle au développement de stratégies antivirales plus efficaces. Dans le présent travail nous montrons, dans un modèle de cellule primaire, que le génome ARN du VHC contient des séquences riches en GU capables de stimuler spécifiquement les récepteurs de type Toll (TLR) 7 et 8. Cette stimulation a pour conséquence la maturation des cellules dendritiques plasmacytoïdes (pDCs), le production d’interféron de type I (IFN) ainsi que l’induction de chémokines et cytokines inflammatoires par les différentes types de cellules présentatrices d’antigènes (APCs). Les cytokines produites après stimulation de monocytes ou de pDCs par ces séquences ssARN virales, inhibent la production du virus de façon dépendante de l’IFN. En revanche, les cytokines produites après stimulation de cellules dendritiques myéloïdes (mDCs) ou de macrophages par ces mêmes séquences n’ont pas d’effet inhibiteur sur la production virale car les séquences ssARN virales n’induisent pas la production d’IFN par ces cellules. Les cytokines produites après stimulation des TLR 7/8 ont également pour effet de diminuer, de façon indépendante de l’IFN, l’expression du récepteur au VHC (CD81) sur la lignée cellulaire Huh7.5, ce qui pourrait avoir pour conséquence de restreindre l’infection par le VHC. Quoiqu’il en soit, même si les récepteurs au VHC comme le CD81 sont largement exprimés à la surface de différentes sous populations lymphocytaires, les DCs et les monocytes ne répondent pas aux VHC, Nos résultats indiquent que seuls les macrophages sont capables de reconnaître le VHC et de produire des cytokines inflammatoires en réponse à ce dernier. La reconnaissance du VHC par les macrophages est liée à l’expression membranaire de DC-SIGN et l’engagement des TLR 7/8 qui en résulte. Comme d’autres agonistes du TLR 7/8, le VHC stimule la production de cytokines inflammatoires (TNF-α, IL-8, IL-6 et IL-1b) mais n’induit pas la production d’interféron-beta par les macrophages. De manière attendue, la production de cytokines par des macrophages stimulés par les ligands du TLR 7/8 ou les séquences ssARN virales n’inhibent pas la réplication virale. Nos résultats mettent en évidence la capacité des séquences ssARN dérivées du VHC à stimuler les TLR 7/8 dans différentes populations de DC et à initier une réponse immunitaire innée qui aboutit à la suppression de la réplication virale de façon dépendante de l’IFN. Quoiqu’il en soit, le VHC est capable d’échapper à sa reconnaissance par les monocytes et les DCs qui ont le potentiel pour produire de l’IFN et inhiber la réplication virale après engagement des TLR 7/8. Les macrophages possèdent quant à eux la capacité de reconnaître le VHC grâce en partie à l’expression de DC-SIGN à leur surface, mais n’inhibent pas la réplication du virus car ils ne produisent pas d’IFN. L’échappement du VHC aux défenses antivirales pourrait ainsi expliquer l’échec du système immunitaire inné à contrôler l’infection par le VHC. De plus, la production de cytokines inflammatoires observée après stimulation in vitro des macrophages par le VHC suggère leur potentielle contribution dans l’inflammation que l’on retrouve chez les individus infectés par le VHC.

Investigation of the [−/A]8 and C1236T genetic variations within the human toll-like receptor 3 gene for association with multiple sclerosis

Multiple sclerosis (MS) is a serious cause of neurological disability among young adults. The clinical course remains difficult to predict, and the pathogenesis of the disease is still modestly understood. Autoimmunity is thought to be a key aspect of the disease, with autoreactive T cells thought to mediate central nervous system (CNS) inflammation to some extent. Toll-like receptors are known to mediate cellular recognition of pathogens by way of patterns of molecular presentation. Toll-like receptor 3 is coded by the gene TLR3 and is recognized as an important factor in virus recognition and is known to be involved in the expression of neuroprotective mediators. We set out to investigate two variations within the TLR3 gene, an 8 bp insertion-deletion \[-/A](8) and a single base-pair variation C1236T, in subjects with MS and matched healthy controls to determine whether significant differences exist in these markers in an Australian population. We used capillary gel electrophoresis and TaqMan genotyping assay techniques to resolve genotypes for each marker, respectively. Our work found no significant difference between frequencies for TLR3 \[-/A](8) by genotype (chi(2)=1.03, p=0.60) or allele (chi(2)=1.09, p=0.30). Similarly, we found no evidence for the association of TLR3 C1236T by genotype (chi(2)=0.35, p=0.84) or allele frequency (chi(2)=0.31, p=0.58). This work reveals no evidence to suggest that these markers are associated with MS in the tested population. Although the role of TLR3 and the wider toll-like receptor family remain significant in neurological and CNS inflammatory disorders, our current work does not support a role for the two tested variants in this gene with regard to MS susceptibility.

Toll-like receptor and pro-inflammatory cytokine expression during prolonged hyperinsulinaemia in horses : implications for laminitis

Equine laminitis, a disease of the lamellar structure of the horse’s hoof, can be incited by numerous factors that include inflammatory and metabolic aetiologies. However, the role of inflammation in hyperinsulinaemic laminitis has not been adequately defined. Tolllike receptor (TLR) activation results in up-regulation of inflammatory pathways and the release of pro-inflammatory cytokines, including interleukin-6 (IL-6) and tumour necrosis factor-alpha (TNF-�), and may be a pathogenic factor in laminitis. The aim of this study was to determine whether TLR4 expression and subsequent pro-inflammatory cytokine production is increased in lamellae and skeletal muscle during equine hyperinsulinaemia. Standardbred horses were treated with either a prolonged, euglycaemic hyperinsulinaemic clamp (p-EHC) or a prolonged, glucose infusion (p-GI), which induced marked and moderate hyperinsulinaemia, respectively. Age-matched control horses were treated simultaneously with a balanced electrolyte solution. Treated horses developed clinical (p-EHC) or subclinical (p-GI) laminitis, whereas controls did not. Skeletal muscle and lamellar protein extracts were analysed by Western blotting for TLR4, IL-6, TNF-� and suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) expression. Lamellar protein expression of TLR4 and TNF-�, but not IL-6, was increased by the p-EHC, compared to control horses. A significant positive correlation was found between lamellar TLR4 and SOCS3. Skeletal muscle protein expression of TLR4 signalling parameters did not differ between control and p-EHC-treated horses. Similarly, the p-GI did not result in up-regulation of lamellar protein expression of any parameter. The results suggest that insulin-sensitive tissues may not accurately reflect lamellar pathology during hyperinsulinaemia. While TLR4 is present in the lamellae, its activation appears unlikely to contribute significantly to the developmental pathogenesis of hyperinsulinaemic laminitis. However, inflammation may have a role to play in the later stages (e.g., repair or remodelling) of the disease.

Toll-like receptor 4 and CD14 polymorphisms in ankylosing spondylitis: Evidence of a weak association in finns

Objective To investigate the association of CD14 and Toll-like receptor (TLR4) with ankylosing spondylitis (AS). Methods A promoter variant in CD14 and 2 coding polymorphisms in TLR4 were investigated in UK and Finnish families with AS and in a UK case-control study. A metaanalysis of published TLR4 and CD14 studies was performed. Results In the Finnish study the CD74-260bp T variant showed an association (p = 0.006), and the common 2-marker TLR4 haplotype showed a weak association (global p = 0.03), with AS. No associations were seen in the UK based studies or in the metaanalyses. Conclusion CD14 and TLR4 showed an association with AS in the Finns only.

Characterization of cytokines, matrix metalloproteinases and toll-like receptors in human periodontal tissue destruction

Periodontal Disease affects the supporting structures of the teeth and is initiated by a microbial biofilm called dental plaque. Severity ranges from superficial inflammation of the gingiva (gingivitis) to extensive destruction of connective tissue and bone leading to tooth loss (periodontitis). In periodontitis the destruction of tissue is caused by a cascade of microbial and host factors together with proteolytic enzymes. Matrix metalloproteinases (MMPs) are known to be central mediators of the pathologic destruction in periodontitis. Initially plaque bacteria provide pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) which are sensed by Toll-like receptors (TLRs), and initiate intracellular signaling cascades leading to host inflammation. Our aim was to characterize TNF-α (tumor necrosis factor-alpha) and its type I and II receptors in periodontal tissues, as well as, the effects of TNF-α, IL-1β (interleukin-1beta) and IL-17 on the production and/or activation of MMP-3, MMP-8 and MMP-9. Furthermore we mapped the TLRs in periodontal tissues and assessed how some of the PAMPs binding to the key TLRs found in periodontal tissues affect production of TNF-α and IL-1β by gingival epithelial cells with or without combination of IL-17. TNF-α and its receptors were detected in pericoronitis. Furthermore, increased expression of interleukin-1β and vascular cell adhesion molecule-1 was found as a biological indicator of TNF-α ligand-receptor interaction. MMP-3, -8, and 9 were investigated in periodontitis affected human gingival crevicular fluid and gingival fibroblasts produced pro-MMP-3. Following that, the effect of IL-17 was studied on MMP and pro-inflammatory cytokine production. IL-17 was increased in periodontitis and up-regulated IL-1β, TNF-α, MMP-1 and MMP-3. We continued by demonstrating TLRs in gingival tissues, in which significant differences between patients with periodontitis and healthy controls were found. Finally, enzyme-linked immunosorbent assays were performed to show that the gingival cells response to inflammatory responses in a TLR-dependent manner. Briefly, this thesis demonstrates that TLRs are present in periodontal tissues and present differences in periodontitis compared to healthy controls. The cells of gingival tissues respond to inflammatory process in a TLR-dependent manner by producing pro-inflammatory cytokines. During the destruction of periodontal tissues, the release (IL-1β and TNF-α) and co-operation with other pro-inflammatory cytokines (IL-17), which in turn increase the inflammation and thus be more harmful to the host with the increased presence of MMPs (MMP-1, MMP-3, MMP-8, MMP-9) in diseased over healthy sites.

Toll-Like Receptors 7, 8, and 9 Expression and Function in Primary Human Cervical Cancer Langerhans Cells Evidence of Anergy

Objective: Human papillomavirus oncoproteins E6 and E7 down modulate Toll-like receptor (TLR) 9 expression in infected keratinocytes. We explored the status of expression and function of TLR7, TLR8, and TLR9 in primary human Langerhans cells (LCs) isolated from cervical tumors. Methodology: Single-cell suspensions were made from fresh tissues of squamous cell carcinoma (International Federation of Gynecology and Obstetrics stage IB2); myeloid dendritic cells were purified using CD1c magnetic activated cell separation kits. Langerhans cells were further flow sorted into CD1a(+)CD207(+) cells. Acute monocytic leukemia cell line THP-1-derived LCs (moLCs) formed the controls. mRNA from flow-sorted LCs was reverse transcribed to cDNA and TLR7, TLR8, and TLR9 amplified. Monocyte-derived Langerhans cells and cervical tumor LCs were stimulated with TLR7, TLR8, and TLR9 ligands. Culture supernatants were assayed for interleukin (IL) 1 beta, IL-6, IL-10, IL-12p70, interferon (IFN) alpha, interferon gamma, and tumor necrosis factor (TNF) alpha by Luminex multiplex bead array. Human papillomavirus was genotyped. Results: We have for the first time demonstrated that the acute monocytic leukemia cell line THP-1 can be differentiated into LCs in vitro. Although these moLCs. expressed all the 3 TLRs, tumor LCs expressed TLR7 and TLR8, but uniformly lacked TLR9. Also, moLCs secreted IL-6, IL-1 beta, and tumor necrosis factor alpha to TLR8 ligand and interferon alpha in response to TLR9 ligand; in contrast, tumor LCs did not express any cytokine to any of the 3 TLR ligands. Human papillomavirus type 16 was one of the common human papillomavirus types in all cases. Conclusions: Cervical tumor LCs lacked TLR9 expression and were functionally anergic to all the 3: TLR7, TLR8, and TLR9 ligands, which may play a crucial role in immune tolerance. The exact location of block(s) in TLR7 and TLR8 signaling needs to be investigated, which would have important immunotherapeutic implications.

Sonic hedgehog-Dependent Induction of MicroRNA 31 and MicroRNA 150 Regulates Mycobacterium bovis BCG-Driven Toll-Like Receptor 2 Signaling

Hedgehog (HH) signaling is a significant regulator of cell fate decisions during embryogenesis, development, and perpetuation of various disease conditions. Testing whether pathogen-specific HH signaling promotes unique innate recognition of intracellular bacteria, we demonstrate that among diverse Gram-positive or Gram-negative microbes, Mycobacterium bovis BCG, a vaccine strain, elicits a robust activation of Sonic HH (SHH) signaling in macrophages. Interestingly, sustained tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) secretion by macrophages was essential for robust SHH activation, as TNF-alpha(-/-) macrophages exhibited compromised ability to activate SHH signaling. Neutralization of TNF-alpha or blockade of TNF-alpha receptor signaling significantly reduced the infection-induced SHH signaling activation both in vitro and in vivo. Intriguingly, activated SHH signaling downregulated M. bovis BCG-mediated Toll-like receptor 2 (TLR2) signaling events to regulate a battery of genes associated with divergent functions of M1/M2 macrophages. Genome-wide expression profiling as well as conventional gain-of-function or loss-of-function analysis showed that SHH signaling-responsive microRNA 31 (miR-31) and miR-150 target MyD88, an adaptor protein of TLR2 signaling, thus leading to suppression of TLR2 responses. SHH signaling signatures could be detected in vivo in tuberculosis patients and M. bovis BCG-challenged mice. Collectively, these investigations identify SHH signaling to be what we believe is one of the significant regulators of host-pathogen interactions.

The WNT Signaling Pathway Contributes to Dectin-1-Dependent Inhibition of Toll-Like Receptor-Induced Inflammatory Signature

Macrophages regulate cell fate decisions during microbial challenges by carefully titrating signaling events activated by innate receptors such as dectin-1 or Toll-like receptors (TLRs). Here, we demonstrate that dectin-1 activation robustly dampens TLR-induced proinflammatory signature in macrophages. Dectin-1 induced the stabilization of beta-catenin via spleen tyrosine kinase (Syk)-reactive oxygen species (ROS) signals, contributing to the expression of WNT5A. Subsequently, WNT5A-responsive protein inhibitors of activated STAT (PIAS-1) and suppressor of cytokine signaling 1 (SOCS-1) mediate the downregulation of IRAK-1, IRAK-4, and MyD88, resulting in decreased expression of interleukin 12 (IL-12), IL-1 beta, and tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha). In vivo activation of dectin-1 with pathogenic fungi or ligand resulted in an increased bacterial burden of Mycobacteria, Klebsiella, Staphylococcus, or Escherichia, with a concomitant decrease in TLR-triggered proinflammatory cytokines. All together, our study establishes a new role for dectin-1-responsive inhibitory mechanisms employed by virulent fungi to limit the proinflammatory environment of the host.

Sonic hedgehog-Dependent Induction of MicroRNA 31 and MicroRNA 150 Regulates Mycobacterium bovis BCG-Driven Toll-Like Receptor 2 Signaling

Hedgehog (HH) signaling is a significant regulator of cell fate decisions during embryogenesis, development, and perpetuation of various disease conditions. Testing whether pathogen-specific HH signaling promotes unique innate recognition of intracellular bacteria, we demonstrate that among diverse Gram-positive or Gram-negative microbes, Mycobacterium bovis BCG, a vaccine strain, elicits a robust activation of Sonic HH (SHH) signaling in macrophages. Interestingly, sustained tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) secretion by macrophages was essential for robust SHH activation, as TNF-alpha(-/-) macrophages exhibited compromised ability to activate SHH signaling. Neutralization of TNF-alpha or blockade of TNF-alpha receptor signaling significantly reduced the infection-induced SHH signaling activation both in vitro and in vivo. Intriguingly, activated SHH signaling downregulated M. bovis BCG-mediated Toll-like receptor 2 (TLR2) signaling events to regulate a battery of genes associated with divergent functions of M1/M2 macrophages. Genome-wide expression profiling as well as conventional gain-of-function or loss-of-function analysis showed that SHH signaling-responsive microRNA 31 (miR-31) and miR-150 target MyD88, an adaptor protein of TLR2 signaling, thus leading to suppression of TLR2 responses. SHH signaling signatures could be detected in vivo in tuberculosis patients and M. bovis BCG-challenged mice. Collectively, these investigations identify SHH signaling to be what we believe is one of the significant regulators of host-pathogen interactions.

Virulent Salmonella enterica infections can be exacerbated by concomitant infection of the host with a live attenuated S. enterica vaccine via Toll-like receptor 4-dependent interleukin-10 production with the involvement of both TRIF and MyD88.

During systemic disease in mice, Salmonella enterica grows intracellularly within discrete foci of infection in the spleen and liver. In concomitant infections, foci containing different S. enterica strains are spatially separated. We have investigated whether functional interactions between bacterial populations within the same host can occur despite the known spatial separation of the foci and independence of growth of salmonellae residing in different foci. In this study we have demonstrated that bacterial numbers of virulent S. enterica serovar Typhimurium C5 strain in mouse tissues can be increased by the presence of the attenuated aroA S. Typhimurium SL3261 vaccine strain in the same tissue. Disease exacerbation does not require simultaneous coinjection of the attenuated bacteria. SL3261 can be administered up to 48 hr after or 24 hr before the administration of C5 and still determine higher tissue numbers of the virulent bacteria. This indicates that intravenous administration of a S. enterica vaccine strain could potentially exacerbate an established infection with wild-type bacteria. These data also suggest that the severity of an infection with a virulent S. enterica strain can be increased by the prior administration of a live attenuated vaccine strain if infection occurs within 48 hr of vaccination. Exacerbation of the growth of C5 requires Toll-like receptor 4-dependent interleukin-10 production with the involvement of both Toll/interleukin-1 receptor-domain-containing adaptor inducing interferon-beta and myeloid differentiation factor 88.

Genomic organization and expression analysis of Toll-like receptor 3 in grass carp (Ctenopharyngodon idella)

Toll-like receptor 3 (TLR3) participates in the innate immune response by recognizing viral pathogens. To investigate grass carp immune system responding to GCRV (grass carp reovirus) infection, the full-length cDNA sequence and genomic organization of grass carp TLR3 (CiTLR3) was identified and characterized. The full-length genome sequence of CiTLR3 is composed of 5668 nucleotides, including five exons and four introns. The full-length of CiTLR3 cDNA is 3681 bp in length and encodes a polypeptide of 904 amino acids with an estimated molecular mass of 102,765 Da and a predicted isoelectric point of 8.35. Analysis of the deduced amino acid sequence indicated that CiTLR3 has four main structural domains, including a signal peptide sequence, 14 LRR (leucine-rich repeat) motifs, a transmembrane region and a TIR (Toll/interleukin-1 receptor) domain. It is most similar to the crucian carp (Carassius auratus) TLR3 amino acid sequence with an identity of 99%. Quantitative RT-PCR analysis showed that CiTLR3 transcripts were significantly up-regulated starting at day 1 and continued through day 7 following GCRV infection (P < 0.05). These data implied that CiTLR3 is involved in antiviral defense, provide molecular and functional information for grass carp TLR3, and implicate their role in mediating immune protection against grass carp viral diseases. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Toll-like receptor 4 signaling pathway can be triggered by grass carp reovirus and Aeromonas hydrophila infection in rare minnow Gobiocypris rarus

Toll-like receptor 4 (TLR4) is critical for LPS recognition and cellular responses. It also recognizes some viral envelope proteins. Detection mostly results in the inflammation rather than specific antiviral responses. However, it's unclear in fish. In this report, a TLR4 gene (named as GrTLR4b) was cloned and characterized from rare minnow Gobiocypris rarus. The full length of GrTLR4b cDNA consists of 2766 nucleotides and encodes a polypeptide of 818 amino acids with an estimated molecular mass of 94,518 Da and a predicted isoelectric point of 8.41. The predicted amino acid sequence comprises a signal peptide, six leucine-rich repeat (LRR) motifs, one leucine-rich repeat C-terminal (LRRCT) motif, followed by a transmembrane segment of 23 amino acids, and a cytoplasmic region of 167 amino acids containing one Toll - interleukin 1 - receptor (TIR) motif. It's closely similar to the zebrafish (Danio rerio) TLR4b amino acid sequence with an identity of 77%. Quantitative RT-PCR analysis showed GrTLR4b mRNA was constitutive expression in gill, heart, intestine, kidney, liver, muscle and spleen tissues in healthy animals and up-regulated by viruses and bacteria. After being infected by grass carp reovirus or Aeromonas hydrophila, GrTLR4b expressions were up-regulated from 24 h post-injection and lasted until the fish became moribund (P < 0.05). These data implied that TLR4 signaling pathway could be activated by both viral and bacterial infection in rare minnow. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.