La Fibrosi Cistica è una malattia genetica recessiva, causata da mutazioni di un gene codificante per una proteina canale per anioni cloruro, denominata CFTR. Sebbene la Fibrosi Cistica sia una patologia sistemica, l’infiammazione polmonare è la prima causa di mortalità tra i pazienti. La patologia polmonare fibrocistica è caratterizzata da un eccessivo reclutamento di granulociti neutrofili all’interno del lume bronchiale dovuto ad un massiccio rilascio di citochine e chemochine pro-infiammatorie, in particolare di interleuchina-8 (IL-8). A seguito di infezioni batteriche, determinate principalmente da Pseudomonas aeruginosa, la chemotassi dei neutrofili viene amplificata portando ad un eccessivo rilascio di mediatori pro-infiammatori, di DNA e di proteasi nel lume bronchiale e contribuendo così al danneggiamento del parenchima polmonare. In questa tesi noi dimostriamo come l’infezione di P.aeruginosa possa innescare almeno due diverse vie di trasduzione del segnale pro-infiammatorio negli epiteli polmonari: da una parte il segnale pro-infiammatorio è mediato da proteine MAP chinasi p38, ERK, JNK, RSK, IKK e da HSP27, a seguito dell’interazione delle componenti superficiali dei batteri con i recettori cellulari Toll-like (TLR); secondariamente, l’infezione di P.aeruginosa promuove il rilascio cellulare di ATP, la quale lega i recettori purinergici innescando una trasduzione del segnale che porta all’attivazione di diverse isoforme dell’enzima Fosfolipasi-C beta (in particolare le isoforme PLCB1, PLCB3 e PLCB4), che a loro volta scatenano una risposta calcio-dipendente in grado di amplificare ulteriormente la trascrizione del gene IL-8 attraverso l’attivazione di PKC e del fattore di trascrizione NF-kB. Inoltre, in questa tesi dimostriamo che il pannello di proteine chinasi attivate dall’infezione batterica promuove l’attivazione di diversi fattori di trascrizione, ad esempio CREB, CHOP, AP-1, NF-IL6, oltre al già citato NF-kB i quali sono tutti in grado di legare specifiche sequenze di consenso sul promotore genico di IL-8 inducendone l’espressione. Lo scopo di questa tesi, quindi, è quello di approfondire i meccanismi molecolari alla base dell’eccessivo rilascio di IL-8 da parte degli epiteli respiratori riscontrato nei pazienti affetti da fibrosi cistica, in modo da potere individuare nuovi bersagli molecolari per lo sviluppo di future terapie anti-infiammatorie.

Cystic Fibrosis (CF) is a severe inherited disease caused by mutations of the gene encoding for a chloride channel termed CFTR. Albeit CF is a multiple-organ disease, lung inflammation is the most common cause of morbidity and mortality. CF lung pathology is characterized by huge infiltrates of neutrophils (PMNs) into the lung lumen and by excessive release of cytokines and chemokines, in particular IL-8. After bacterial infection, sustained mainly by P.aeruginosa, this inflammatory process is amplified, leading to massive recruitment of PMNs which contributes to lung tissue damage. Our goal is gain further insights into the pro-inflammatory signal transduction that underlies the CF lung inflammation. Here we reported that P.aeruginosa-dependent transmembrane signalling pathway in bronchial epithelia occurs on the one hand via Toll Like Receptors (TLRs) activation, thus by activation of MAPK p38, ERK-1/2, JNK and their downstream effectors HSP27, RSK and IKK; on the other hand via ATP release and purinergic activation which in turn activates Phospholipase-C beta (PLCB). This enzyme is able to induce intracellular calcium signalling, triggering the PKC activation. Furthermore, here we reported that many of the kinases involved are able to promote activation of several Transcription Factors (TFs), such as CREB, CHOP, AP-1, NF-IL6 and NF-kB. These TFs bind to the proximal promoter region of IL-8 gene causing its expression. Moreover, results indicate that PLCB1, PLCB3 and PLCB4 isoforms seem to be redundantly activated by P.aeruginosa-dependent ATP release through purinergic receptor binding. Concluding, the final aim of this PhD program is deepen the pro-inflammatory transmembrane signalling to provide a panel of molecular targets in order to support the future development of novel therapies for CF lung inflammation.

Proinflammatory signal transduction in epithelial cells: the model of cystic fibrosis lung disease

BEZZERRI, Valentino
2014-01-01

Abstract

Cystic Fibrosis (CF) is a severe inherited disease caused by mutations of the gene encoding for a chloride channel termed CFTR. Albeit CF is a multiple-organ disease, lung inflammation is the most common cause of morbidity and mortality. CF lung pathology is characterized by huge infiltrates of neutrophils (PMNs) into the lung lumen and by excessive release of cytokines and chemokines, in particular IL-8. After bacterial infection, sustained mainly by P.aeruginosa, this inflammatory process is amplified, leading to massive recruitment of PMNs which contributes to lung tissue damage. Our goal is gain further insights into the pro-inflammatory signal transduction that underlies the CF lung inflammation. Here we reported that P.aeruginosa-dependent transmembrane signalling pathway in bronchial epithelia occurs on the one hand via Toll Like Receptors (TLRs) activation, thus by activation of MAPK p38, ERK-1/2, JNK and their downstream effectors HSP27, RSK and IKK; on the other hand via ATP release and purinergic activation which in turn activates Phospholipase-C beta (PLCB). This enzyme is able to induce intracellular calcium signalling, triggering the PKC activation. Furthermore, here we reported that many of the kinases involved are able to promote activation of several Transcription Factors (TFs), such as CREB, CHOP, AP-1, NF-IL6 and NF-kB. These TFs bind to the proximal promoter region of IL-8 gene causing its expression. Moreover, results indicate that PLCB1, PLCB3 and PLCB4 isoforms seem to be redundantly activated by P.aeruginosa-dependent ATP release through purinergic receptor binding. Concluding, the final aim of this PhD program is deepen the pro-inflammatory transmembrane signalling to provide a panel of molecular targets in order to support the future development of novel therapies for CF lung inflammation.
2014
cystic fibrosis; Lung Inflammation; IL-8; Gene Expression Regulation; signal transduction; transcription factors
La Fibrosi Cistica è una malattia genetica recessiva, causata da mutazioni di un gene codificante per una proteina canale per anioni cloruro, denominata CFTR. Sebbene la Fibrosi Cistica sia una patologia sistemica, l’infiammazione polmonare è la prima causa di mortalità tra i pazienti. La patologia polmonare fibrocistica è caratterizzata da un eccessivo reclutamento di granulociti neutrofili all’interno del lume bronchiale dovuto ad un massiccio rilascio di citochine e chemochine pro-infiammatorie, in particolare di interleuchina-8 (IL-8). A seguito di infezioni batteriche, determinate principalmente da Pseudomonas aeruginosa, la chemotassi dei neutrofili viene amplificata portando ad un eccessivo rilascio di mediatori pro-infiammatori, di DNA e di proteasi nel lume bronchiale e contribuendo così al danneggiamento del parenchima polmonare. In questa tesi noi dimostriamo come l’infezione di P.aeruginosa possa innescare almeno due diverse vie di trasduzione del segnale pro-infiammatorio negli epiteli polmonari: da una parte il segnale pro-infiammatorio è mediato da proteine MAP chinasi p38, ERK, JNK, RSK, IKK e da HSP27, a seguito dell’interazione delle componenti superficiali dei batteri con i recettori cellulari Toll-like (TLR); secondariamente, l’infezione di P.aeruginosa promuove il rilascio cellulare di ATP, la quale lega i recettori purinergici innescando una trasduzione del segnale che porta all’attivazione di diverse isoforme dell’enzima Fosfolipasi-C beta (in particolare le isoforme PLCB1, PLCB3 e PLCB4), che a loro volta scatenano una risposta calcio-dipendente in grado di amplificare ulteriormente la trascrizione del gene IL-8 attraverso l’attivazione di PKC e del fattore di trascrizione NF-kB. Inoltre, in questa tesi dimostriamo che il pannello di proteine chinasi attivate dall’infezione batterica promuove l’attivazione di diversi fattori di trascrizione, ad esempio CREB, CHOP, AP-1, NF-IL6, oltre al già citato NF-kB i quali sono tutti in grado di legare specifiche sequenze di consenso sul promotore genico di IL-8 inducendone l’espressione. Lo scopo di questa tesi, quindi, è quello di approfondire i meccanismi molecolari alla base dell’eccessivo rilascio di IL-8 da parte degli epiteli respiratori riscontrato nei pazienti affetti da fibrosi cistica, in modo da potere individuare nuovi bersagli molecolari per lo sviluppo di future terapie anti-infiammatorie.
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Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11562/708364
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