Chemical and epigenetic regulation of macrophage activation and metabolism
Authors: Δασκαλάκη Μαρία 
Published: May 2023

Η φλεγμονή είναι μέρος της πρώτης γραμμής άμυνας του οργανισμού ενάντια σε εξωτερικά και εσωτερικά παθολογικά ερεθίσματα. Είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων με αρκετούς και πολύπλοκους μηχανισμούς που περιλαμβάνει ένα μεγάλο αριθμό μεσολαβητών και κυττάρων του ανοσοποιητικού. Τα μακροφάγα είναι επαγγελματικά φαγοκύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος που εμπλέκονται τόσο στην έναρξη όσο και στην επίλυση της φλεγμονής και προέρχονται από πρόδρομες μορφές μονοκυττάρων του μυελού των οστών. Αποκτούν μια σειρά φαινοτύπων που χαρακτηρίζονται ευρέως ως φαινότυποι τύπου Μ1 και Μ2. Τα μακροφάγα Μ1 εκφράζουν προφλεγμονώδεις κυτοκίνες όπως TNFa, IL-6 και IL-12 και εκκρίνουν μονοξείδιο του αζώτου. Ενώ, τα μακροφάγα Μ2 εμπλέκονται στην επίλυση της φλεγμονής και στην επούλωση του τραύματος εκφράζοντας αντιφλεγμονώδεις μεσολαβητές όπως η Arginase1, MRC1, Fizz1 και Ym1. Ένα ευρύ φάσμα μεταγραφικών μονοπατιών όπως το NF-kB και οι καταρράκτες σηματοδότησης MAPK/AKT εξασφαλίζουν μια καλά συντονισμένη φλεγμονώδη απόκριση. Ο απόλυτα συντονισμένος μηχανισμός της φλεγμονής είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ομοιόστασης καθώς μια πιθανή απορρύθμιση δυνητικά έχει ως αποτέλεσμα την έναρξη φλεγμονωδών ασθενειών όπως οι αυτοανοσίες, η αθηροσκλήρωση και ο καρκίνος.Στο πρώτο μέρος αυτής της μελέτης, ψάξαμε για νέες χημικές ενώσεις με αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες που προέρχονται από τα θαλάσσια φύκη Laurencia glandulifera και Dictyopteris membranaceae. Έχοντας εξετάσει αρκετές ενώσεις, δείξαμε ότι τα διτερπένια 1-3 εμφάνισαν σημαντικές αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες χρησιμοποιώντας μακροφάγα RAW 264.7. Τα διτερπένια αυτά προκάλεσαν την παραγωγή αντιφλεγμονωδών μεσολαβητών στην κυτταρική σειρά RAW 264.7 ενώ μείωσαν την παραγωγή προφλεγμονοδών κυτοκινών σε μακροφάγα κύτταρα που ενεργοποιήθηκαν με LPS. Τα διτερπένια 1 και 3 παρουσίασαν τις πιο ισχυρές αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες με IC50 2,32μM και 2,92μM, αντίστοιχα. Είναι ενδιαφέρον ότι τα διτερπένια 2 και 3 κατάφεραν να μειώσουν την εντερική φλεγμονή σε μοντέλο κολίτιδας που προκαλείται από DSS, μειώνοντας την παραγωγή προφλεγμονοδών κυτοκινών και διατήρησαν την ακεραιότητα του εντερικού ιστού παρά την χρήση του DSS. Επιπλέον, δείξαμε ότι τα δισουλφίδια 4-6 που προέρχονται από το D. membranaceae καταστέλλουν την ενεργοποίηση των μακροφάγων ως απόκριση στη διέγερση με LPS μειώνοντας την παραγωγή προφλεγμονοδών κυτοκινών και αυτό πραγματοποιείται μέσω των MAPK/AKT μονοπατιών. Συγκεκριμένα, είδαμε αυξημένη φοσφωρυλίωση της AKT κινάσης ενώ μειωμένη φοσφωρυλίωση των ERK1/2. Στη συνέχεια, θέλαμε να διερευνήσουμε την πιθανή χρήση των ολικών αποξηραμένων φυκών Laurencia και Dictyopteris ως συμπληρώματα διατροφής και τον πιθανό ρόλο τους κατά την επαγωγή φλεγμονωδών ασθενειών. Πράγματι, δείξαμε ότι η χρήση τους ως συμπληρώματα διατροφής μείωσε την αντίσταση στην ινσουλίνη σε παχύσαρκα ποντίκια και ρύθμισε τη σύσταση του εντερικού μικροβιώματος. Συγκεκριμένα, όχι μόνο διατήρησε τον αποικισμό των σπάνιων ταξινομικά μικροβίων, αλλά προκάλεσε επίσης αποικισμό ωφέλιμων βακτηρίων με τρόπο που εξαρτάται από το φύλο των ποντικών. Χρησιμοποιώντας επίσης ένα μοντέλο κολίτιδας σε ποντίκια που προκαλείται από DSS, δείξαμε ότι η συμπλήρωση διατροφής με Dictyopteris βελτίωσε την εντερική φλεγμονή, μειώνοντας τη βράχυνση του μήκους του παχέος εντέρου και μειώνοντας την έκκριση προφλεγμονοδών κυτοκινών.Αν και υπάρχουν πολλές πληροφορίες σχετικά με τη μεταγραφική ρύθμιση της ενεργοποίησης και της πόλωσης των μακροφάγων, λίγα είναι γνωστά για την επιγενετική ρύθμιση των ίδιων διεργασιών. Στο δεύτερο μέρος της παρούσας μελέτης, εστιάσαμε στη διερεύνηση του ρόλου των απομεθυλασών των ιστονών PHF2 και PHF8 στην ενεργοποίηση και τον μεταβολισμό των μακροφάγων. Πρώτα δείξαμε ότι οι πρωτεΐνες PHF2 και PHF8 εκφράζονται σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα κατά την ενεργοποίηση με LPS, υποδεικνύοντας διαφοροποιημένους ρόλους στην ενεργοποίησητων μακροφάγων. Η PHF2 εκφράζεται νωρίς (2 ώρες) κατά τη διέγερση με LPS, ενώ η PHF8 εκφράζεται αργά (12 ώρες) κατά τη διέγερση LPS, υποδεικνύοντας έναν πιθανό ρόλο στην ανοχή μέσω ενδοτοξίνης. Στη συνέχεια, δημιουργήσαμε σταθερές κυτταρικές σειρές μακροφάγων κυττάρων RAW 264.7 που υπερέκφραζαν ή είχαν έλλειψη στην PHF8 ή την PHF2 χρησιμοποιώντας το σύστημα CRISPR-Cas9 μέσω λέντι-ιικών φορέων και μελετήσαμε το προφίλ ενεργοποίησής τους ως απόκριση στη διέγερση με LPS. Δείξαμε ότι η PHF2 ρυθμίζει θετικά την έκφραση προφλεγμονοδώνγονιδίων όντας δεσμευμένη στους υποκινητές αυτούς, καθώς επίσης είναι και απαραίτητη για τη φαγοκυτταρική ικανότητα των μακροφάγων κυττάρων. Αντίθετα, η PHF8 είναι ένας αρνητικός ρυθμιστής της ενεργοποίησης των μακροφάγων μειώνοντας την έκφραση προφλεγμονοδών γονιδίων στο πλαίσιο της ανοχής στην ενδοτοξίνη, όντας δεσμευμένη ενεργά σε υποκινητές φλεγμονωδών γονιδίων και ρυθμίζοντας θετικά τη φαγοκυτταρική ικανότητα των μακροφάγων. Επιπλέον, η PHF8 είναι ένας κύριος ρυθμιστής του μεταβολισμού κατά την ενεργοποίηση των μακροφάγων μειώνοντας βασικά γλυκολυτικά γονίδια και ρυθμίζοντας αρνητικά τη βιογένεση και τη λειτουργία των μιτοχονδρίων. Συγκεκριμένα, τα μακροφάγα που υπερεκφράζουν PHF8 έχουν μειωμένη μιτοχονδριακή μάζα και εξασθενημένη μιτοχονδριακή λειτουργία, παρουσιάζοντας μειωμένη παραγωγή ΑΤΡ και ικανότητα βασικής αναπνοής.Συνολικά, αυτή η μελέτη συμβάλει στην τρέχουσα γνώση για την ενεργοποίηση και το μεταβολισμό των μακροφάγων κυττάρων και προτείνει νέες χημικές ενώσεις ως αντιφλεγμονώδη φάρμακα με πιθανό φαρμακευτικό ενδιαφέρον και χρήση σε φλεγμονώδεις νόσους. Επιπλέον, δίνει φως στο πεδίο της επιγενετικής ρύθμισης της έμφυτης ανοσίας αποκαλύπτοντας τις κύριες λειτουργίες των απομεθυλασών ιστόνης PHF2 και PHF8 στην ενεργοποίηση και το μεταβολισμό των μακροφάγων κυττάρων.