Role of hypoxia inducible factors in alveolar marophage physiology
Advisor
Sancho Madrid, DavidEntity
UAM. Departamento de Bioquímica; Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (CNIC)Date
2018-07-18Subjects
Alveolos pulmonares - Fisiología - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Medicina, Departamento de Bioquímica. Fecha: 18-07-2018Esta tesis tiene embargado el acceso al texto completo hasta el 18-01-2020
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
El nacimiento supone el tránsito desde un ambiente relativamente hipóxico a otro con
niveles más elevados de oxígeno en el pulmón, y en ratones, coincide con la última etapa de
diferenciación de los macrófagos alveolares (MAs). El análisis de datos computacionales
demostró que la expresión de genes implicados en glicolisis y en adaptación a hipoxia
disminuye de forma gradual en MAs tras el nacimiento, sugiriendo que éstos se adaptan a
concentraciones más altas de oxígeno durante su proceso de maduración. Sin embargo, se
desconoce si la detección de fluctuaciones en los niveles de oxígeno contribuye a la
maduración y función de MAs tras el nacimiento. Para investigar esta hipótesis, se generó un
modelo de ratón con una deleción condicional del gen von Hippel-Lindau (Vhl), controlada por
el promotor del gen Cd11c (ratones CD11cΔVhl). VHL regula negativamente la estabilidad de
los factores de transcripción inducidos por hipoxia (HIF), de modo que este modelo genético
nos permitió estudiar la fisiología de MAs con una menor capacidad de detectar el oxígeno
tras el nacimiento.
Comparando con MAs control de cepa salvaje (WT, del inglés “wild type”), se encontró
que los MAs deficientes en VHL eran más glicolíticos y consumían menos oxígeno en
condiciones basales. Además, en ausencia de VHL, los MAs tenían un fenotipo inmaduro y
su capacidad proliferativa estaba disminuida, tanto in vivo, como bajo condiciones de
estimulación ex vivo. A nivel funcional, los MAs deficientes en VHL no eran capaces de
eliminar el exceso de surfactante presente en los pulmones de ratones Csf2rb-/-, que
desarrollan proteinosis pulmonar espontaneamente. Este resultado correlacionó con la mayor
acumulación de lípidos observada en MAs deficientes en VHL, y con su menor capacidad de
oxidar lípidos, comparando con MAs WT.
Para demostrar si HIF regulaba las diferencias encontradas en MA deficientes en VHL,
se generaron ratones con deleciones condicionales en los genes Hif1a, Hif2a o ambos,
además de la deleción de Vhl, todas ellas bajo el control del promotor del gen Cd11c. La
depleción de HIF-1 y HIF-2 afectó la maduración fenotípica de MAs de forma diferencial. Sin
embargo, ambas isoformas disminuían por igual su capacidad proliferativa. A nivel metabólico,
HIF-1 era esencial para la inducción de glicolisis en los MAs deficientes en VHL. Finalmente,
se encontró que la depleción de HIF-2 restauraba la capacidad de los MAs deficientes en VHL
de eliminar el exceso de surfactante in vivo, lo que sugiere el papel específico de este factor
en la regulación del metabolismo lipídico de los MAs.
En conclusión, estos resultados ponen de manifiesto la relevancia de la regulación de
HIF en la adaptación de los MAs al nicho alveolar durante su maduración tras el nacimiento. The rapid transit from hypoxia to normoxia in the lung that follows the first breath in
newborn mice coincides with alveolar macrophage (AM) terminal differentiation. Indeed, in
silico analysis showed that the expression of genes involved in glycolysis and adaptation to
hypoxia is gradually downregulated during AM maturation after birth, suggesting an adaptation
to increased oxygen concentrations. However, whether sensing of oxygen fluctuations
contributes to post-birth AM maturation and function has not been previously explored. For this
purpose, we generated mice whose AMs show a deficient ability to sense oxygen after birth
by deleting von Hippel-Lindau (Vhl) gene, which codifies for the master negative regulator of
hypoxia inducible factors (HIF), under the control of the CD11c promoter (CD11cΔVhl mice).
VHL-deficient AMs were more glycolytic and showed a decreased oxygen consumption,
compared to control WT AMs in steady state. We found that VHL-deficient AMs showed an
immature-like phenotype and an altered transcriptional identity. In addition, the absence of
VHL impaired AM self-renewal capacity in vivo, and also upon growth factor stimulation ex
vivo. Unlike AMs transplanted from control Vhlfl/fl mice, AMs from CD11cΔVhl mice did not
reverse pulmonary alveolar proteinosis when transplanted into Csf2rb-/- mice, which
spontaneously develop lung proteinosis. This result correlated with the increased lipid
accumulation found in AMs lacking VHL, which also showed a decreased lipid oxidation
capacity.
In order to demonstrate how all these AM features are regulated by HIF, we generated
mice with a deletion in Hif1a, Hif2a or both in addition to the Vhl deletion, all under the control
of the CD11c promoter. HIF-1 and HIF-2 depletion differentially affected AM phenotypic
maturation. However, both isoforms similarly restrain AM self-renewal. HIF-1 was essential for
the glycolytic shift in VHL-deficient AMs. Finally, we found that HIF-2 depletion rescued the
ability of AMs to remove the surfactant excess in vivo, pointing to its specific role regulating
lipid metabolism in AMs.
Thus, these results highlight the relevance of HIF regulation for AM maturation and
function and contribute to clarify the molecular requirements for the adaptation of AMs to its
evolving niche during maturation.
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Texto de la Tesis Doctoral
Google Scholar:Izquierdo Fernández, Helena María
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