Molecular characterisation of the underlying mechanisms of pathogen-associated molecular pattern (PAMP) recognition in fish

Abstract

La respuesta inmune innata es basada en la activación de receptores genotípicamente codificados, llamados receptores de reconocimiento de patógenos (PRR). Los PRR pueden ser proteínas solubles tal como las proteínas plasmáticas PGRPs o pueden estar anclados en las membranas celulares como los TLR. Estos receptores son capaces de reconocer a los patógenos o a sus patrones moleculares (PAMPs). La interacción PAMP-PRR provoca la activación de genes diana y promueve la producción de mediadores pro- e inflamatorios. El principal objetivo de esta tesis doctoral fue la caracterización de las respuestas de macrófagos de la trucha arcoíris Oncorhynchus mykiss, y de la dorada tratados con diferentes PAMPs y la subsecuente exploración de cambios en la expresión de genes relacionados con la respuesta inmune así como cambios globales en la respuesta transcriptómica de los macrófagos. Un objetivo especifico de este estudio fue registrar los cambios en los macrófagos activados hacia un fenotipo inflamatorio después de tratamientos con lipopolisacarido (LPS) crudo de bacterias Gram negativas, enfatizando que el peptidoglicano (PGN) es un contaminante encontrado en las preparaciones crudas de LPS. PGN es capaz de inducir la expresión de mRNA de IL-1β y IL-6 e inducir la liberación de productos inflamatorios como prostaglandinas. Los análisis de microarray fueron hechos para describir la concentración y la dependencia en el tiempo de las modulaciones transcriptómicas en los macrófagos de trucha y dorada tratados con PGN o LPS. En el caso de dorada, se diseño y valido un microarray de oligonucleótidos. Los resultados revelaron la sobre-regulación de transcritos específicos que están cercanamente relacionados con la síntesis de prostaglandinas y las vías de señalización activadas a partir de TLR. Así, el reconocimiento de PGN en peces resulta del reconocimiento de mecanismos específicos que no incluyen TLR pero si otros grupos de receptores como PGRPs o NODs. Estos mecanismos parecen ser conservados en la respuesta de defensa innata a lo largo del grupo de los vertebrados.

The innate immune response is based upon the activation of a restricted number of genotypic encoded receptors, the pathogen recognition receptors (PRRs). PRRs can be soluble proteins such as plasmatic PGRPs or cell membraneanchored TLRs able to recognize pathogens or their pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). PAMP-PRR interaction results in the activation of target genes and promotes the production of pro- and inflammatory mediators. The main goal of this dissertation was to characterise the responses of rainbow trout, Oncorhynchus mykiss, and gilthead seabream, Sparus aurata, macrophages treated with different PAMPs and to explore subsequent changes in the expression of immune related genes or global shifts in the macrophage transcriptome. A specific goal of this study was to register changes in macrophages activated toward an inflammatory phenotype after treatments with crude gram negative bacterial lipopolysaccharide (LPS) preparations, highlighting that peptidoglycan (PGN) is a contaminant within crude LPS. PGN is able to induce the mRNA expression of IL- 1β and IL-6 and release inflammatory products such as prostaglandins. Microarray analyses were made to describe concentration and time-dependent transcriptional modulations both in trout and seabream macrophages treated with PGN or LPS. In the case of sea bream, a specific oligonucleotide microarray was designed and validated for these studies. Results reveal up-regulation of specific mRNA transcripts that are closely related to prostaglandin synthesis and TLR signalling pathways. Thus PGN recognition in fish is a result of recognition mechanisms including non-TLR PRRs such as PGRPs and NODs. These mechanisms appear to be conserved throughout the vertebrate innate immune response.