CPEB4 function in macrophages

Abstract

As innate immune cells, macrophages sense endogenous and exogenous danger signals and respond orchestrating inflammatory processes. For the rapid induction and efficient resolution of inflammatory responses, macrophages induce the expression of pro- inflammatory and anti-inflammatory mediators, which cross-regulate each other through feedback loops. This process requires tightly controlled gene expression at multiple levels. Recently, the regulation of mRNA deadenylation has emerged as a key regulator of the strength and, critically, the duration of transient inflammatory responses. Cytoplasmic Polyadenylation Element Binding (CPEB1-4) family of RNA-binding proteins target mRNAs containing Cytoplasmic Polyadenylation Elements (CPEs) in their 3’UTR. CPEBs orchestrate the assembly of two types of ribonucleoprotein complexes (mRNPs) which can repress or stimulate the translation of target mRNAs by modulating the length of poly(A) tail. Several inflammatory mediators harbour CPEs in their 3’UTRs and are potential CPEB targets. Thus, we hypothesized that CPEBs could be an additional checkpoint to control inflammatory responses. We find that CPEB4 is a novel player in macrophage response to LPS. Upon LPS treatment, CPEB4 is upregulated and its polyadenylation function is activated, a process mediated by the MAPK p38α and ERK1/2 and two AU Rich Element Binding Proteins (ARE-BPs). Interestingly, the pattern of CPEB4 expression and activity suggests that it participates in late LPS-response, when the resolution of inflammation occurs. Indeed, myeloid-specific Cpeb4KO mice display increased sensitivity to LPS-induced endotoxic shock. We identify CPEB4 target mRNAs by RNA-Immunoprecipitation and Sequencing (RIP-Seq), uncovering that CPEB4 regulates the expression of negative regulators of MAPK signalling, thus creating the negative feedback loop needed the resolution of inflammation. Moreover, we also describe how the interplay between CPEB4, HuR and TTP defines mRNA behaviour during the different temporal windows of inflammatory responses.

Como células del sistema inmune innato, los macrófagos detectan señales de peligro endógenas y exógenas y responden desencadenando procesos inflamatorios. Estas respuestas inflamatorias tienen que ser inducidas rápidamente pero a su vez, deben ser eficientemente resueltas. Para ello, los macrófagos inducen la expresión de mediadores pro- y anti- inflamatorios que controlan la expresión unos de otros mediante complejos circuitos regulatorios. Estos procesos requieren un estricto control de la expresión génica a distintos niveles. En los últimos años, se ha descrito que la regulación de los mRNAs por deadenilación es un elemento crucial para regular intensidad y sobretodo la duración de las respuestas inflamatorias. La família de proteínas de unión al RNA CPEBs (Cytoplasmic Polyadenylation Element Binding, CPEB1-4), unen mRNAs que contienen CPEs (Cytoplasmic Polyadenylation Elements) en su 3’UTR. Las CPEBs pueden reclutar dos tipos de complejos en los mRNAs que unen. Estos complejos modulan la longitud de la cola poly(A) y, por tanto, pueden reprimir o estimular su traducción. Los mRNAs de múltiples mediadores inflamatorios y son susceptibles de ser regulados por las CPEBs ya que contienen CPEs en sus 3’UTRs. Por tanto, las CPEBs podrían ser un nuevo mecanismo regulador del desarrollo de las respuestas inflamatorias. En este trabajo hemos descubierto que CPEB4 participa en la respuesta de los macrófagos frente a LPS. El tratamiento con LPS provoca un incremento en los niveles de CPEB4 y promueve que su función sea de polyadenylación. Este proceso es mediado por las MAPK p38α y ERK1/2 y dos proteínas que regulan mRNAs mediante la unión a AREs. El patrón de expresión de CPEB4 sugiere que esta proteína participa en la fase tardía de la respuesta a LPS, cuándo la respuesta inflamatoria es resuelta. Apoyando esta hipótesis, ratones KO para CPEB4 en las células mieloides son más sensibles al shock séptico inducido por LPS. Identificando los mRNAs que CPEB4 regula en este contexto, hemos descrito que CPEB4 regula la expresión de inhibidores de la señalización de la vía MAPK. De este modo, CPEB4 es necesaria para la resolución de la inflamación en respuesta a LPS. Además, hemos descrito como la regulación de mRNAs por CPEB4, HuR y TTP define diferentes patrones temporales de expresión durante el desarrollo de respuestas inflamatorias.