Role of astrocytic IL-6 and IL-6R in normal physiology and neuroinflammation

Abstract

La Interleucina 6 (IL-6) és una citocina altament multifuncional, amb moltes accions pleiotròpiques, considerada una de les principals citocines controlant el sistema immune i coordinant-lo amb els sistemes nerviós i endocrí. La IL-6 es produeix en molts tipus cel·lulars dins del sistema nerviós central (SNC) i al seu torn, múltiples cèl·lules hi poden respondre. Per tant, és necessari caracteritzar quina és la contribució específica de cada tipus cel·lular en el paper global de la IL-6, tant en condicions fisiològiques com patològiques. Com que els astròcits tenen una important resposta enfront la IL-6 i, a més, són un dels principals productors de IL-6, hem produït per primera vegada ratolins amb una deficiència de IL-6 específica als astròcits (ratolins Ast-IL-6 KO) i ratolins amb una supressió del receptor de IL-6 en astròcits (ratolins Ast-IL-6R KO). Els nostres resultats indiquen que IL-6 i IL-6R astrocitaris influeixen en la supervivència inicial, presumptament per mitjà de la mortalitat intrauterina, i que estan involucrats en diferents graus en el control del pes corporal en adults i en el comportament (activitat locomotora, ansietat, exploració, agressivitat, aprenentatge i memòria), entre d’altres. A més, per tal d’estudiar el seu paper durant la neuro-inflamació, hem usat el model animal àmpliament usat de l’Esclerosis múltiple, la encefalitis autoimmune experimental (EAE), i un model de lesió traumàtica en escorça encefàlica (criolesió) en ratolins Ast-IL-6 KO i Ast-IL-6R KO. En referència a la EAE, els resultats indiquen que la deficiència en IL-6 i IL-6R astrocitàries no prevé completament la simptomatologia típica de paràlisis ascendent de la EAE però que si que modifica la seva simptomatologia d’una manera diferent segons el sexe. En referència a la lesió traumàtica a l’escorça, resultats inicials suggereixen un paper de la deficiència de IL-6 astrocitària en la resolució de la lesió traumàtica. En algunes ocasions, eliminar el IL-6R astrocitari imita el fenotip dels ratolins Ast-IL-6 KO, mentre que en altres casos s’observava el contrari, suggerint accions autocrines i paracrines de la IL-6 astrocitaria. Els nostres resultats indiquen importants funcions de la IL-6 i el IL-6R astrocitaris, en alguns casos totalment diferent d’aquelles que s’havien vist amb els animals IL-6 KO totals. Finalment, com que la IL-6 és capaç de senyalitzar sense unir-se al receptor de membrana mIL-6R sinó unint-se al receptor soluble (sIL-6R) (trans-senyalització), és necessari estudiar la importància d’aquesta via en les accions de la IL-6 al SNC, la qual cosa s’ha fet en ratolins bigènics (GFAP-IL6/sgp130) amb expressió restringida als astròcits de IL-6 i d’un inhibidor específic de la trans-senyalitazació, el sgp130. El bloqueig de la trans-senyalització en SNC redueix varis dels efectes perjudicials que té la IL-6 en un model animal de neuroinflamació (ratolins GFAP-IL6) com la gliosis severa, alteracions vasculars, neurogènesis malmesa i neurodegeneració.

Interleukin-6 (IL-6) is a highly plurifunctional cytokine, with many pleiotropic actions, considered one of the main cytokines controlling the immune system and coordinating it with the nervous and endocrine systems. IL-6 is produced in multiple cell types in the central nervous system (CNS), and in turn many cells do respond to it. It is therefore important to ascertain which the contribution of each cell type is in the overall role of IL-6, during both physiological and pathological conditions. As astrocytes are major responders to IL-6 as well as one of the main CNS producers of IL-6, we have produced for the first time mice with astrocyte-derived IL-6 deficiency (Ast-IL-6 KO mice) and mice with deletion of IL-6 receptor in astrocytes (Ast-IL-6R KO mice). Our results indicate that astrocyte IL-6 system influenced the early survival, presumably due to intrauterine death, and was also involved to various degrees in the control of adult body weight and behavior (such as locomotor activity, anxiety, exploration, aggressiveness, learning and memory), among others. Also, in order to test its role during neuroinflammation, we studied an extensively used animal model of Multiple sclerosis, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), and a traumatic brain injury model (cryolesion) in Ast-IL-6 KO and Ast-IL-6R KO mice. Regarding EAE, results indicate that lack astrocytic IL-6 and IL-6R deficiency did not fully prevent EAE's prototypical ascending paralysis course but they modified its symptomatology in a gender-dependent manner. Regarding traumatic injury to the cortex, preliminary results obtained suggest a role of astrocytic IL-6 deficiency in traumatic brain injury resolution. In some occasions deleting IL-6R in astrocytes mimicked the phenotype of Ast-IL-6 KO mice, while in others the opposite was observed, suggesting autocrine and paracrine roles of astrocytic IL-6. Our results suggest important roles of the astrocyte IL-6 system, in some cases totally unexpected from previous results with animals with total deletion in IL-6 (IL-6 KO mice). Finally, as IL-6 is able to signal without binding to the membrane bound mIL-6R but by binding to a soluble receptor (sIL-6R) (trans-signaling), it is necessary to assess the importance of this pathway in mediating IL-6 actions in CNS. Bigenic mice (GFAP-IL6/sgp130 mice) with astrocyte-targeted production of IL-6 and coproduction of the specific inhibitor of IL-6 trans-signaling, human sgp130 were studied. Blockade of trans-signaling in the CNS reduced many of the detrimental effects that IL-6 have in the GFAP-IL-6 mice model of neuroinflammation; such as the severity of the gliosis, vascular alterations, impaired neurogenesis and neurodegeneration.