Contextual role of azithromycin as a potential inhibitor of epithelial-to-mesenchymal transition in lung epithelium

Abstract

Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is a process in which epithelial cells lose their characteristics and acquire a mesenchymal cell-like phenotype. Although EMT is essential for embryonic development and wound healing, it is also associated with various pathological conditions, including chronic respiratory diseases. EMT is regulated by various transcription and growth factors, amongst them TGF-β1, which activates pathways leading to phenotypic changes. Transitioning epithelial cells do not always complete EMT but instead remain in an intermediate state, referred to as partial EMT (pEMT). Azithromycin (AZM), a commonly prescribed antibiotic, has been shown to have disease-modifying effects and enhances the barrier integrity in bronchial epithelial cells. This study aimed to analyse whether and how AZM inhibits EMT in lung epithelial cells in vitro. The bronchial and alveolar epithelial cell lines VA10 and A549 were cultured in a monolayer and in an air-liquid interface (ALI). Phenotypic changes were evaluated using real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR), Western blotting, immunostaining, transepithelial electrical resistance (TEER), and live-cell imaging. EMT was induced by exposure to 10 ng/ml TGF-β1, and cells were pre-treated and/or treated with 35 µM AZM. My results show that TGF-β1 induces pEMT in both cell lines in monolayer culture. AZM does not inhibit TGF-β1 induced downregulation of E-cadherin or EpCAM but attenuates the expression of the mesenchymal markers N-cadherin and vimentin. In ALI culture, the inhibition of EMT is more pronounced as AZM inhibits the upregulation of the transcription factor SNAI1, an EMT regulator, at the mRNA level, in addition to attenuating TGF-β1 induced N-cadherin and vimentin expression and the induced downregulation of EpCAM. This demonstrates that AZM may be an efficient inhibitor of EMT in lung epithelial cells in vitro. However, this may depend on the cellular assays used. Further studies are needed to evaluate the potential of AZM as an inhibitor of EMT and as a novel therapeutic option for chronic respiratory diseases.

Bandvefsumbreyting þekjufruma (epithelial-to-mesenchymal transition, EMT) er ferli sem leiðir til þess að þekjufrumur tapa þekjufrumu-eiginleikum sínum og fara að tjá svipgerð sem einkennir bandvefsfrumur. Bandvefsumbreytingu er stýrt af fjölda umritunar- og vaxtarþátta, meðal annars vaxtarþættinum TGF-β1 sem virkjar ferla innan frumunnar sem leiða að lokum til svipgerðabreytinga. Þekjufrumur geta einnig gengið í gegnum bandvefsumbreytingu að hluta til (partial EMT, pEMT) og tjá þá svipgerð sem er einskonar millistig á milli þekju- og bandvefsfrumu. Bandvefsumbreyting er mikilvæg fyrir fósturþroska og vefjaviðgerðir en getur einnig orsakað sjúkdómsástand líkt og trefjamyndun í vef eða líffæri hjá sjúklingum með króníska öndunarfærasjúkdóma. Fyrri rannsóknir hafa sýnt að azithromycin (AZM), algengt sýklalyf sem tilheyrir flokki makrólíða, hefur áhrif á frumur umfram sýkladrepandi virkni þeirra. Meðal þessara áhrifa eru þekjustyrking og dempandi áhrif á bólgur. Markmið þessa verkefnis var að rannsaka hvort og hvernig AZM geti hindrað bandvefsumbreytingu í lungnaþekjufrumum.Í verkefninu voru berkju- og lungnablöðru frumulínurnar VA10 og A549 ræktaðar í almennri tvívíðri frumurækt og við vökva-loft skil (air-liquid interface, ALI). Þær voru meðhöndlaðar með TGF-β1 (10 ng/ml) til að framkalla bandvefsumbreytingu og með AZM (35 µM) til að kanna hindrunaráhrif lyfsins á umbreytingarferlið. Niðurstöðurnar sýna að í almennri tvívíðri rækt hefur AZM ekki áhrif á TGF-β1 hvataða lækkun á E-cadherin og EpCAM tjáningu en dempar hækkaða N-cadherin og vimentin tjáningu. Hindrunaráhrif AZM eru sterkari þegar frumurnar eru ræktaðar við ALI. Þar kemur AZM í veg fyrir hækkaða mRNA tjáningu umritunarþáttarins SNAI1, einn af lykilumritunarþáttum bandvefsumbreytingarferlisins ásamt því að dempa N-cadherin og vimentin tjáningu í TGF-β1 meðhöndluðum frumum. AZM minnkar einnig áhrifin sem vaxtarþátturinn hefur á EpCAM tjáningu í frumunum. Niðurstöðurnar gefa til kynna að AZM sé skilvirkur hindri fyrir bandvefsumbreytingu í lungnaþekjufrumum. Hins vegar gætu þessi áhrif AZM einskorðast við þær aðferðir sem notast var við í þessu verkefni. Frekari rannsóknir eru nauðsynlegar til að meta möguleika AZM sem hemil gegn bandvefsumbreytingu í lungnaþekjufrumum og hvort hægt sé að nýta þennan eiginleika lyfsins í meðferð gegn krónískum öndunarfærasjúkdómum.