en English is Íslenska

Thesis (Doctoral)

University of Iceland > Verkfræði- og náttúruvísindasvið > Doktorsritgerðir - Verkfræði- og náttúruvísindasvið >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1946/23875

Title: 
  • Modulation of innate immunity in lung epithelium
Degree: 
  • Doctoral
Keywords: 
Abstract: 
  • The respiratory epithelium constitutes the first line of defense against infectious agents that include pathogenic bacteria. These defenses are mediated via formation of a physical barrier constituting the tight junction proteins and a chemical barrier that consists of antimicrobial and inflammatory proteins. These early defenses that contribute to the innate immune response also contribute to maintenance of tissue homeostasis. Disturbance of the physical and the chemical barrier is used as a strategy by pathogenic microbes to evade the host immune system and establish a stable infection. Hence, strengthening these barriers by enhancing or modulating components of the innate immune response can serve as an important therapeutic strategy to prevent or treat infections. The unifying aim of this thesis dwells into investigations of factors and underlying mechanisms that may aid in strengthening the innate immune system by modulation of antimicrobial and inflammatory proteins. In paper І, we demonstrate that the short chain fatty acid derivate 4-phenyl butyric acid (PBA) enhances cathelicidin antimicrobial peptide (AMP) expression via the vitamin D receptor (VDR) in the human bronchial epithelial cell line VA10. PBA was shown to enhance pro-inflammatory responses in VA10 cells. Furthermore, the growth factor cytokines TGFα and TGFβ and associated receptor pathways differentially affect PBA induced cathelicidin expression. Co-treatment with PBA and vitamin D3 was shown to inhibit the growth of Pseudomonas aeruginosa in vitro and hence could have therapeutic potential to treat infections. In paper ІІ, we show that glucocorticoids that are commonly used as anti-inflammatory drugs down-regulate cathelicidin antimicrobial peptide expression in human monocytes and bronchial epithelial cells. Treatment with vitamin D3 counteracted this down-regulation. We further show that both dexamethasone and vitamin D3 act as anti-inflammatory agents in vitro and can be used in combination for therapeutic benefit. In paper ІІІ, we demonstrate that cyclic stretch that can be injurious mimics mechanical forces generated during ventilator induced lung injury causes down-regulation of cathelicidin expression in vitro in human bronchial epithelial cell lines. Treatment with AMP inducers vitamin D3 and/or PBA counteracted cyclic stretch mediated down-regulation of cathelicidin expression in our model and could be possible therapeutic benefits to prevent or treat infections. In paper ІV, we investigated the effects of adenylate cyclase (CyaA) toxin from Bordetella pertussis that causes whooping cough on innate immune responses in air-liquid interface differentiated VA10 cell line. CyaA toxin treatment caused barrier damaging effects, leading to disintegration of tight junction proteins, enhanced mucin secretion and differentially modulated antimicrobial peptides and inflammatory cytokines gene expression dependent on cyclic AMP signaling.

  • Abstract is in Icelandic

    Þekjufrumur öndunarvegs mynda eina af fremstu varnarlínum okkar gegn sýklum. Varnarlínan samanstendur af þéttitengja próteinum sem mynda saum milli þekjufrumna og seyttum efnum t.d. örveruhamlandi og bólgumiðlandi peptíðum/próteinum. Þessar varnir eru hluti af náttúrulega varnarkerfinu og stuðla að viðhaldi og jafnvægi í vefjum okkar. Margir sýklar trufla starfsemi þekjunnar til að komast yfir fremstu varnarlínuna og orsaka sýkingu í vefjum. Styrking á þekjuvörnum náttúrulegs ónæmis með því að auka þéttingu milli frumna eða seytingu varnar próteina gæti virkað gegn sýkingum sem forvörn eða meðhöndlun. Sameiginlegur grunnur rannsóknaverkefna þessarar ritgerðar er greining á virkni til þess að styrkja náttúrulegar varnir þekjunnar aðallega með því að hafa áhrif á tjáningu próteina sem eru örveruhamlandi og bólgumiðlandi. Í grein I sýndum við að afleiða stuttra fitusýra 4-phenyl butyric acid (PBA) eykur tjáningu á cathelicidin örveruhamlandi peptíðum í gegnum vítamín D viðtakann í lungþekjufrumulínunni VA10. PBA eykur einnig tjáningu á bólgumiðlandi próteinum í VA10 frumunum. Einnig var sýnt að vaxtarþættirnir TGFα og TGFβ og boðleiðir þeirra tengjast boðleiðum í PBA örvaðri tjáningu cathelicidin gena. Þá var meðhöndlun með PBA og vítamín D3 sýnd hamla vöxt bakteríunnar Pseudomonas aeruginosa í VA10 frumum sem gefur vísbendingu um notkun gegn sýkingum. Í grein II sýndum við að algeng bólgulyf af flokki glúkócortikóíða (glucocorticoids) draga úr tjáningu cathelicidin bakteríuhamlandi peptíða í monocytum (forverum átfrumna) og þekjufrumulínum úr lungum. Meðhöndlun með vítamín D3 gat unnið á móti þessarri lækkuðu cathelicidin gena tjáningu. Enn fremur sýndum við að bæði dexamethasone (glúkócortikóíð lyf) og vítamín D3 verka gegn tjáningu bólgumiðla. Vítamín D3 gæti því verið áhugaverð viðbót þegar glúkócortikóíð lyf eru notuð. Í grein III sýndum við að endurtekið togálag (cyclic stretch) dregur úr tjáningu cathelicidin í þekjufrumulínum úr efri öndunarvegi. Frumulíkanið fyrir endurtekið togálag hermir eftir kröftum sem verka á öndunarþekjuna við notkun öndunarvéla. Efni sem örva náttúrulegt ónæmi eins og PBA og vítamín D3 draga úr bælingu vegna togálags og gætu verið gagnleg fyrir sjúklinga í öndunarvél og jafnvel komið í veg fyrir sýkingar. Í grein IV rannsökuðum við áhrif adenylate cyclase (CyaA) toxíns úr bakteríunni Bordetella pertussis sem veldur kíghósta, á náttúrulegt ónæmi í skautuðum sérhæfðum VA10 frumum í loft-vökvarækt. CyA toxínið dregur úr tálma eiginleika þekjunnar með sundrun þéttitengja. Það eykur jafnframt tjáningu mucina en hafði mismunandi áhrif á tjáningu örveruhamlandi peptíða og bólgumiðla (cytokines) í þekjufrumunum. Þessi áhrif reyndust öll háð cAMP boðmiðlun.

Accepted: 
  • Mar 9, 2016
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/23875


Files in This Item:
Filename Size VisibilityDescriptionFormat 
Ph.D thesis_A4_nikhil_Final.pdf1.94 MBOpenHeildartextiPDFView/Open