Analysis of the functional roles of Mammary Serum Amyloid A3 protein

Abstract

La Serum Amiloide A3 (M‐SAA3) mamària és una proteïna de fase aguda expressada principalment a la glàndula mamària. Els nivells d’expressió de la M‐SAA3 varia en diferents situacions fisiològiques, el que suggereix un rol important a nivell funcional. Per tal d’analitzar les propietats de la proteïna, es van dur a terme quatre estudis. En el primer, la M‐SAA3 va ser expressada de forma recombinant en un sistema bacterià. Aquest pas és important ja que ens proporciona una font de proteïna, en casos en que la purificació de fonts naturals representa clarament un coll d’ampolla. Es va obtenir la seqüència de dues isoformes, però només una va ser expressada recombinantment. La principal diferència entre les dues formes era una deleció en la regió del motiu SNARE, el que suggeria que aquest motiu pot estar implicat en una activitat antibacteriana directe. A més, en el primer estudi es va analitzar la primera funcionalitat. La M‐SAA3 activava la fagocitosi mediada per macròfags, incrementant el nombre de macròfags actiu i la seva capacitat fagocítica. En el segon estudi es va analitzar l’efecte protector a nivell gastrointestinal. La M‐SAA3 clarament reduïa la translocació de bacteris enteropatògens en cèl∙lules CaCo‐2, una línia d’epiteli intestinal comercial. La M‐SAA3 també afectava la expressió de MUC3 i IL‐8, incrementant els seus nivells, el que connecta de forma directa la proteïna amb la resposta immune innata. En el tercer estudi, es va desenvolupar un model intestinal en boví a partir de cultius ex vivo de Plaques de Peyer. Aquests cultius ex vivo ofereixen un ambient únic on coexisteixen diferents tipus cel∙lulars i una aproximació més realista a la situació in vivo. En aquest context la infecció també va ser disminuïda i la M‐SAA3 incrementava els nivells de IL‐8 i INFγ. Per contra, les mucines no es van veure afectades, i la protecció va ser assolida per sobre‐expressió de Occludina i Claudina‐ 2, proteïnes que formen les tight junctions, encarregades de segellar la barrera epitelial. A més, es va demostrar que la M‐SAA3 activa cèl∙lules dendrítiques, incrementant l’expressió de citoquines i marcadors de maduració, migració i presentació d’antigen. En el quart i últim estudi, es va avaluar la possible aplicabilitat a nivell de la industria lletera. La M‐SAA3 va ser infosa intra‐mamàriament durant el secat, un període on es deixa de munyir les vaques per tal d’afavorir la regeneració cel∙lular i augmentar la seva productivitat. La M‐SAA3 va incrementar paràmetres relacionats amb una activació de l’involució tals com les metaloproteinases. Els nivells de proteïna i greix també eren augmentats i es va observar un augment numèric del recompte de cèl∙lules somàtiques. També es va observar que la proteïna incrementava l’expressió de IL‐8 i TNFα en cultius primaris de glàndula mamària, i també inhibia la infecció bacteriana. Finalment, les cèl∙lules dendrítiques també eren activades en absència d’infecció

Mammary Serum Amyloid A3 (M‐SAA3) is an acute phase protein mainly expressed in the mammary gland. The levels of the protein vary in different physiological situations, indicating that may play an important functional role. In order to analyze the protein properties four studies were performed. In the first study, the protein was recombinantly produced in a bacterial expression system. This was important, as difficulty in protein purification from natural sources is a clear bottleneck for functional studies. Two M‐SAA3 isoforms were obtained, but only one succeeded in the recombinant expression. Interestingly, the main difference was in a 3 amino acid deletion in the SNARE motif, which could be implicated in the direct bacterial killing. Moreover, the first functional role was evaluated. M‐SAA3 clearly enhanced macrophages phagocytosis, increasing both the number of active macrophages and the phagocytic capacity. In the second study, the protective effect at a gastrointestinal level was assessed. M‐SAA3 protein inhibited the translocation of enteropathogenic bacteria in CaCo‐2 cells, a commercial intestinal epithelial cell line. In addition, M‐SAA3 protein increased the expression of MUC3 and IL‐8, which directly connected the protein with the innate immune response activation. In the third study, a bovine intestinal model was developed using ex vivo Peyer’s Patches cultures. The ex vivo methodology offered a unique environment where different cell types coexist, and indeed, represent a more similar approach to an in vivo situation. In this context, the infection was also prevented, and a clear innate immune response was activated. M‐SAA3 clearly activated the expression of IL‐8, INFγ but in this case, mucins were not up‐regulated. The bacterial translocation was achieved by an increase in the Occludin and Claudin‐2 expression, tight junction genes that directly participate in the sealing of the epithelial barrier. Furthermore, the M‐SAA3 directly activated dendritic cells functions, increasing their cytokine expression profile and cellular markers related to maturation, migration and antigen presentation. In the fourth and last study, the potential applicability in dairy industry was evaluated. M‐SAA3 was infused in the mammary gland at dry off, a period of milking cessation which permits the mammary gland regeneration for an optimal production in following lactations. M‐SAA3 increased parameters related to an increased involution of the mammary gland, such as metalloproteinases. Also protein and fat were increased and a numerical increase in the somatic cell count was observed. In addition, M‐SAA3 raised the IL‐8 and TNFα levels in primary mammary gland cultures, and inhibited bacterial infection. Finally, dendritic cells were also activated by M‐SAA3 in absence of infection.