Influencia de la deficiencia de Il-10 sobre el fenotipo mastocitario, la microbiota y la respuesta inmune intestinal en un modelo murino

Abstract

Los mastocitos (MC) pueden participar en la respuesta a microorganismos mediante diversos receptores de reconocimiento de patrones (PRRs). Luego de su activación a través de estos receptores, los MC pueden orquestar una respuesta mediante la secreción de mediadores inmunológicos como las citocinas. Entre éstas, la interleucina 10 (IL-10) es una citocina importante por sus características inmunomoduladoras, así como también, por su capacidad de regular la expresión de proteasas en MC. Adicionalmente, gracias a la existencia de modelos murinos modificados genéticamente, como los ratones IL-10 deficientes (IL-10-/-), que desarrollan colitis de forma espontánea, es posible investigar el rol potencial de la IL-10 en la respuesta de MC frente a la activación con antígenos de diversos microorganismos. Por otra parte, el uso de este modelo animal permite investigar la influencia de esta citocina sobre la composición de la microbiota intestinal. Este trabajo ha explorado el rol funcional de la IL-10 en mastocitos diferenciados in vitro, así como los efectos de la deficiencia de IL-10 sobre la composición de la microbiota y la expresión de factores relacionados con la respuesta inmune, antes (6 semanas) y al inicio (20 semanas) de la colitis. Para este propósito, se ha caracterizado el efecto de la deficiencia de IL-10 sobre el fenotipo mastocitario y tras su activación vía PRRs. Adicionalmente, se evaluó el efecto que produce la carencia de IL-10 sobre la composición de la microbiota, la expresión de TLRs y citocinas proinflamatorias, así como la producción de IgA luminal, en las mismas etapas y tras el tratamiento con antibióticos. Los resultados obtenidos indicaron que la deficiencia de IL-10 produjo distintos efectos dependiendo del fenotipo mastocitario, de la edad y del tipo de ligando PRR. Así, en ausencia de IL-10, MC de tipo mucosa (MLMC) mostraron una menor expresión de TLR4 y NOD2 a las 6 semanas y TLR7 a las 20 semanas. Además, ambos fenotipos de MC (mucosa y conectivo), mostraron una menor secreción de IL-6 y TNFα tras la activación de TLR2 La activación de TLR4 y TLR7 en MLMC generó una menor secreción de IL-6 a las 6 semanas, mientras MLMC secretaron menos TNFα a las 20 semanas. Finalmente, tras la estimulación de NOD2 no se observó secreción de citocinas en ninguno de los fenotipos mastocitarios. Por otra parte, se observó que en animales IL-10-/- existen factores que potencialmente favorecerían el desarrollo de colitis. Así, los ratones IL-10-/- a las 6 semanas mostraron representantes del filo Verrucomicrobia y una menor abundancia relativa de los taxa Rikenellaceae y Lachnospiraceae. Mientras que a las 20 semanas en los ratones IL-10-/- se observaron microorganismos del filo TM7, una menor expresión de IL-1β, IL-6, TLR6, -7 y -8, y un incremento de TNFα e IgA. Adicionalmente, el uso de antibióticos antes del inicio de la colitis indujo una disminución en la diversidad y una reestructuración de la microbiota, junto con una disminución en la expresión de TLRs, citocinas y menor producción de IgA luminal. En resumen, estos hallazgos proveen nuevas perspectivas sobre la función de los MC y la IL-10 en la interacción microorganismo-huésped. Muestran cómo la ausencia de IL-10 puede afectar la composición de la microbiota y la expresión de factores asociados a la respuesta inmune. Y sugieren que la modificación temprana de la microbiota mediante la utilización de antibióticos en individuos genéticamente susceptibles podría alterar la progresión de la colitis.

Mast cells (MC) can participate in the response to microorganisms by various pattern recognition receptors (PRRs). After their activation through these receptors, MC can orchestrate a response by secreting immunological mediators such as cytokines. Among these, interleukin 10 (IL-10) is an important cytokine due to its immunomodulatory characteristics, as well as its ability to regulate the expression of MC proteases. Additionally, thanks to the existence of genetically modified murine models, such as IL-10 deficient (IL-10-/-) mice that develop colitis spontaneously, it is possible to investigate the potential role of IL-10 in MC response to activation with antigens of different microorganisms. On the other hand, the use of this animal model allows investigating the influence of this cytokine on the composition of the intestinal microbiota. This work has explored the functional role of IL-10 in differentiated MC in vitro, as well as the effects of IL-10 deficiency on the composition of the microbiota and the expression of factors related to the immune response, before (6 weeks) and at the onset (20 weeks) of colitis. For this purpose, the effect of IL-10 deficiency has been characterized on MC of different phenotype and after its activation via PRRs. Additionally, the effect produced by the lack of IL-10 on the microbiota composition, the expression of TLRs and proinflammatory cytokines, as well as the production of luminal IgA, in the same stages and after antibiotics treatment was evaluated. The results obtained indicated that the IL-10 deficiency produced different effects depending on the MC phenotype, age and type of PRR ligand. Thus, in the absence of IL-10, mucosal-like MC (MLMC) showed lower expression of TLR4 and NOD2 at week 6 and TLR7 at week 20. In addition, both MC phenotypes (mucosa and connective), showed a lower secretion of IL-6 and TNFα after TLR2 activation. The TLR4 and TLR7 activation in MLMC generated a lower secretion of IL-6 at week 6, while MLMC secreted less TNFα at week 20. Finally, after NOD2 stimulation, no cytokine secretion was observed in any of the MC phenotypes. On the other hand, it was observed that in IL-10-/- animals there are factors that potentially favor the development of colitis. Thus, IL-10-/- mice at week 6 showed representatives of Verrucomicrobia phylum and a lower relative abundance of Rikenellaceae and Lachnospiraceae taxa. Meanwhile at week 20 in IL-10-/- mice, microorganisms of the phylum TM7 were observed, as well as, a lower expression of IL-1β, IL-6, TLR6, -7 and -8, and an increase of TNFα and IgA. Additionally, the use of antibiotics before the development of colitis induced a decrease in diversity and a restructuring of the microbiota, together with a decrease in TLRs and cytokines expression, and a lower production of luminal IgA. In summary, these findings provide new insights on the role of MC and IL-10 in the host-microorganism interaction. They show how the IL-10 deficiency can affect the microbiota composition and the expression of factors associated with the immune response. And they suggest that early modification of the microbiota through the use of antibiotics in genetically susceptible individuals could alter the colitis progression.