Subiecte

O corecție a acestui articol a fost publicată la 30 ianuarie 2020

Abstract

Producția mediată de celule limfoide înnăscute din grupa 3 (ILC3) a citokinei interleukină-22 (IL-22) este esențială pentru menținerea homeostaziei imune în tractul gastro-intestinal. Aici, descoperim că funcția ILC3 nu este constantă pe parcursul zilei, ci în schimb oscilează între fazele active și fazele de repaus. Răspunsul coordonat al ILC3s în intestin depinde de expresia indusă de alimente a peptidei intestinale vasoactive neuropeptidice (VIP). ILC3-urile intestinale au avut o expresie ridicată a receptorului peptidic vasoactiv intestinal cu receptor cuplat cu proteina G (VIPR2), iar activarea de către VIP a îmbunătățit semnificativ producția de IL-22 și funcția de barieră a epiteliului. Dimpotrivă, deficiența de semnalizare prin VIPR2 a dus la producția afectată de IL-22 de către ILC3 și la o susceptibilitate crescută la leziuni intestinale induse de inflamație. Astfel, ritmurile celulare intrinseci au acționat în sinergie cu modelele ciclice ale aportului alimentar pentru a conduce producția de IL-22 și a sincroniza protecția epiteliului intestinal printr-o cale VIP - VIPR2 în ILC3s.

Opțiuni de acces

Abonați-vă la Jurnal

Obțineți acces complet la jurnal timp de 1 an

doar 4,60 EUR pe număr

Toate prețurile sunt prețuri NET.
TVA va fi adăugat mai târziu în casă.

Închiriați sau cumpărați articol

Obțineți acces limitat la timp sau la articol complet pe ReadCube.

Toate prețurile sunt prețuri NET.

mucoasei

Disponibilitatea datelor

ARN cu o singură celulă - datele de profilare secvențiale care susțin concluziile acestui studiu au fost depuse în depozitul Omnibus de expresie genică cu codul de acces GSE132273.

Referințe

Sender, R., Fuchs, S. și Milo, R. Suntem cu adevărat depășite în număr? Revizuirea raportului dintre celulele bacteriene și celulele gazdă la om. Celulă 164, 337-340 (2016).

Scheiermann, C., Kunisaki, Y. & Frenette, P. S. Controlul circadian al sistemului imunitar. Nat. Rev. Immunol. 13, 190–198 (2013).

Sonnenberg, G. F. și colab. Celulele limfoide înnăscute promovează reținerea anatomică a bacteriilor comensale rezidente la limfoide. Ştiinţă 336, 1321–1325 (2012).

Rankin, L. C. și colab. Complementaritatea și redundanța celulelor limfoide înnăscute care produc IL-22. Nat. Immunol. 17, 179–186 (2016).

Mortha, A. și colab. Diafragma dependentă de microbiotă între macrofage și ILC3 promovează homeostazia intestinală. Ştiinţă 343, 1249288 (2014).

Lindemans, C. A. și colab. Interleukina-22 promovează regenerarea epitelială mediată de celule stem intestinale. Natură 528, 560–564 (2015).

Zenewicz, L. A. și colab. Interleukina-22 înnăscută și adaptivă protejează șoarecii de bolile inflamatorii intestinale. Imunitate 29, 947-957 (2008).

Ibiza, S. și colab. Neuroregulatorii derivați din celule gliale controlează celulele limfoide înnăscute de tip 3 și apărarea intestinului. Natură 535, 440–443 (2016).

Hasegawa, M. și colab. Interleukina-22 reglează sistemul complementului pentru a promova rezistența împotriva patobioniților după leziuni intestinale induse de patogeni. Imunitate 41, 620–632 (2014).

Zheng, Y. și colab. Interleukina-22 mediază apărarea timpurie a gazdei împotriva atașării și eliminării agenților patogeni bacterieni. Nat. Med. 14, 282–289 (2008).

Lee, J. S. și colab. AHR determină dezvoltarea celulelor ILC22 intestinale și a țesuturilor limfoide postnatale prin căi dependente și independente de Notch. Nat. Immunol. 13, 144-151 (2011).

Sonnenberg, G. F., Monticelli, L. A., Elloso, M. M., Fouser, L. A. & Artis, D. Celulele CD4 + inducătoare de țesuturi limfoide promovează imunitatea înnăscută în intestin. Imunitate 34, 122–134 (2011).

Zelante, T. și colab. Catabolitii triptofanului din microbiota antrenează receptorul hidrocarburii arii și echilibrează reactivitatea mucoasei prin interleukina-22. Imunitate 39, 372–385 (2013).

Lamas, B. și colab. CARD9 are impact asupra colitei prin modificarea metabolismului microbiotei intestinale a triptofanului în liganzi ai receptorilor de hidrocarburi arii. Nat. Med. 22, 598–605 (2016).

Wang, Y., Mumm, J. B., Herbst, R., Kolbeck, R. & Wang, Y. IL-22 crește permeabilitatea joncțiunilor strânse epiteliale intestinale prin îmbunătățirea expresiei claudinei-2. J. Immunol. 199, 3316–3325 (2017).

Peters, C. P., Mjosberg, J. M., Bernink, J. H. & Spits, H. Celule limfoide înnăscute în bolile inflamatorii intestinale. Immunol. Lett. 172, 124–131 (2016).

Kirchberger, S. și colab. Celulele limfoide înnăscute susțin cancerul de colon prin producerea de interleukină-22 într-un model de șoarece. J. Exp. Med. 210, 917–931 (2013).

Huber, S. și colab. IL-22BP este reglat de inflammasom și modulează tumorigeneză în intestin. Natură 491, 259–263 (2012).

Gury-BenAri, M. și colab. Spectrul și peisajul reglator al celulelor limfoide înnăscute intestinale sunt modelate de microbiom. Celulă 166, 1231–1246.e13 (2016).

Colonna, M. Celule limfoide înnăscute: diversitate, plasticitate și funcții unice în imunitate. Imunitate 48, 1104–1117 (2018).

Laffont, S. și colab. Semnalizarea androgenului controlează negativ celulele limfoide înnăscute din grupa 2. J. Exp. Med. 214, 1581–1592 (2017).

Quatrini, L. și colab. Rezistența gazdei la șoc endotoxic necesită reglarea neuroendocrină a celulelor limfoide înnăscute din grupa 1. J. Exp. Med. 214, 3531–3541 (2017).

Nussbaum, J. C. și colab. Celulele limfoide înnăscute de tip 2 controlează homeostazia eozinofilelor. Natură 502, 245–248 (2013).

Wallrapp, A. și colab. Neuropeptida NMU amplifică inflamația alergică pulmonară determinată de ILC2. Natură 549, 351–356 (2017).

Klose, C. S. N. și colab. Neuropeptida neuromedina U stimulează celulele limfoide înnăscute și inflamația de tip 2. Natură 549, 282–286 (2017).

Cardoso, V. și colab. Reglarea neuronală a celulelor limfoide înnăscute de tip 2 prin neuromedina U. Natură 549, 277–281 (2017).

Barrow, A. D. și Colonna, M. Celulele limfoide înnăscute detectează vitalitatea țesuturilor. Curr. Opin. Immunol. 56, 82–93 (2018).

Rankin, L. C. și colab. Factorul de transcripție T-bet este esențial pentru dezvoltarea limfocitelor înnăscute NKp46 + prin calea Notch. Nat. Immunol. 14, 389-395 (2013).

Mukherji, A., Kobiita, A., Ye, T. & Chambon, P. Homeostazia în epiteliul intestinal este orchestrată de ceasul circadian și indicii microbiotei transduse de TLR. Celulă 153, 812–827 (2013).

Yu, X. și colab. Diferențierea celulelor TH17 este reglementată de ceasul circadian. Ştiinţă 342, 727–730 (2013).

Curtis, A. M., Bellet, M. M., Sassone-Corsi, P. & O’Neill, L. A. Proteine ​​și imunitate de ceas circadian. Imunitate 40, 178–186 (2014).

Godinho-Silva, C. și colab. Circuitele circadiene antrenate de lumină și reglate pe creier reglează ILC3 și homeostazia intestinală. Natură 574, 254–258 (2019).

Acosta-Rodriguez, V. A., de Groot, M. H. M., Rio-Ferreira, F., Green, C. B. și Takahashi, J. S. Șoarecii sub restricție calorică auto-impun o restricție temporală a consumului de alimente, așa cum este dezvăluit de un sistem automat de alimentare. Cell Metab. 26, 267–277.e2 (2017).

van der Maaten, L. & Hinton, G. Vizualizarea datelor folosind t-SNE. J. Mach. Învăța. Rez. 9, 2579-2605 (2008).

Watanabe, K., Vanecek, J. & Yamaoka, S. Antrenarea in vitro a ritmului circadian al celulelor care eliberează vasopresina în nucleul suprachiasmatic de către polipeptida intestinală vasoactivă. Brain Res. 877, 361–366 (2000).

Colwell, C. S. și colab. Ritmuri circadiene perturbate la șoareci cu deficit de VIP și PHI. A.m. J. Fiziol. Regul. Integra Comp. Fiziol 285, R939 - R949 (2003).

Harmar, A. J. și colab. Receptorul VPAC2 este esențial pentru funcția circadiană în nucleii suprachiasmatici de șoarece. Celulă 109, 497–508 (2002).

Lelievre, V. și colab. Disfuncție gastro-intestinală la șoareci cu mutație țintită în gena care codifică polipeptida intestinală vasoactivă: un model pentru studiul ileusului intestinal și a bolii Hirschsprung. Peptide 28, 1688–1699 (2007).

Schwede, F., Maronde, E., Genieser, H. & Jastorff, B. Analogi nucleotidici ciclici ca instrumente biochimice și medicamente prospective. Farmacol. Ther. 87, 199–226 (2000).

Yadav, M., Huang, M. C. și Goetzl, E. J. VPAC1 (receptor de tip 1 al peptidei intestinale vasoactive (VIP)) Medierea receptorului cuplat la proteina G a îmbunătățirii VIP a colitei experimentale murine. Cell Immunol. 267, 124–132 (2011).

Veiga-Fernandes, H. & Mucida, D. Interacțiuni neuro-imune la suprafețele de barieră. Celulă 165, 801–811 (2016).

Veiga-Fernandes, H. & Pachnis, V. Reglarea neuroimună în timpul dezvoltării intestinale și a homeostaziei. Nat. Immunol. 18, 116–122 (2017).

Moriyama, S. și colab. Reglarea negativă mediată de receptorul β2-adrenergic a răspunsurilor celulare limfoide înnăscute din grupa 2. Ştiinţă 359, 1056-1061 (2018).

Gasteiger, G., Fan, X., Dikiy, S., Lee, S. Y. și Rudensky, A. Y. Rezidența țesutului celulelor limfoide înnăscute în organele limfoide și nonmfoide. Ştiinţă 350, 981–985 (2015).

Fan, X. & Rudensky, A. Y. Caracteristici ale limfocitelor rezidente de țesut. Celulă 164, 1198–1211 (2016).

Huang, Y. și colab. Traficul interorganic dependent de S1P al celulelor limfoide înnăscute din grupa 2 susține apărarea gazdei. Ştiinţă 359, 114-119 (2018).

Druzd, D. și colab. Ceasurile circadiene limfocitare controlează traficul de ganglioni limfatici și răspunsurile imune adaptive. Imunitate 46, 120-132 (2017).

Cella, M. și colab. Un subgrup de celule ucigașe naturale umane oferă o sursă înnăscută de IL-22 pentru imunitatea mucoasei. Natură 457, 722–725 (2009).

Andoh, A., Bamba, S., Fujiyama, Y., Brittan, M. & Wright, N. A. Miofibroblaste subepiteliale colonice în inflamația și repararea mucoasei: contribuția celulelor stem derivate din măduva osoasă la răspunsul regenerativ intestinal. J. Gastroenterol. 40, 1089–1099 (2005).

Sanos, S. L. și colab. RORγt și microflora comensală sunt necesare pentru diferențierea celulelor NKp46 + producătoare de interleukină mucoasă 22. Nat. Immunol. 10, 83-91 (2009).

Storch, K. F. și colab. Ceas circadian intrinsec al retinei mamiferelor: importanță pentru procesarea retiniană a informațiilor vizuale. Celulă 130, 730-741 (2007).

Schlenner, S. M. și colab. Cartarea destinului dezvăluie origini separate ale celulelor T și descendențelor mieloide din timus. Imunitate 32, 426–436 (2010).

Goetzl, E. J. și colab. Hipersensibilitate de tip întârziat îmbunătățită și hipersensibilitate de tip imediat diminuată la șoareci lipsiți de receptorul VPAC2 inductibil pentru peptida intestinală vasoactivă. Proc. Natl Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 98, 13854–13859 (2001).

Eberl, G. și colab. O funcție esențială pentru receptorul nuclear RORγt în generarea celulelor inductoare ale țesutului limfoid fetal. Nat. Immunol. 5, 64-73 (2004).

Garcia, S., DiSanto, J. & Stockinger, B. În urma dezvoltării unui răspuns al celulelor T CD4 in vivo: de la activare la formarea memoriei. Imunitate 11, 163–171 (1999).

Liao, Y., Smyth, G. K. și Shi, W. featureCounts: un program eficient de uz general pentru atribuirea citirilor de secvențe caracteristicilor genomice. Bioinformatică 30, 923–930 (2014).

Liao, Y., Smyth, G. K. și Shi, W. The Subread aligner: mapare rapidă, precisă și scalabilă a citirii prin semințe și vot. Acizi nucleici Res. 41, e108 (2013).

Robinson, M. D., McCarthy, D. J. și Smyth, G. K. edgeR: un pachet de bioconductori pentru analiza expresiei diferențiale a datelor digitale de expresie genică. Bioinformatică 26, 139-140 (2010).

Ritchie, M. E. și colab. limma analizează puterea expresiei diferențiale pentru secvențierea ARN și studiile microarray. Acizi nucleici Res. 43, e47 (2015).

Robinson, M. D. și Oshlack, A. O metodă de normalizare a scalării pentru analiza expresiei diferențiale a datelor ARN-Seq. Genomul Biol. 11, R25 (2010).

Gagnon-Bartsch, J. A. & Speed, T. P. Utilizarea genelor de control pentru a corecta variațiile nedorite ale datelor microarray. Biostatistică 13, 539–552 (2012).

Phipson, B., Lee, S., Majewski, I. J., Alexander, W. S. și Smyth, G. K. Estimarea robustă a hiperparametrului protejează împotriva genelor hipervariabile și îmbunătățește puterea de a detecta expresia diferențială. Ann. Aplic. Stat. 10, 946–963 (2016).

Echipa de bază R Development. R: Un limbaj și mediu pentru calculul statistic (Fundația R pentru calculul statistic, 2018).

Huber, W. și colab. Organizarea analizei genomice de mare viteză cu bioconductor. Nat. Metode 12, 115-121 (2015).

Lun, A. T., McCarthy, D. J. și Marioni, J. C. Un flux de lucru pas cu pas pentru analiza la nivel scăzut a datelor ARN-Seq cu o singură celulă cu Bioconductor. F1000Res 5, 2122 (2016).

Lun, A. T. L. și colab. EmptyDrops: distingând celulele de picăturile goale în datele de secvențiere a ARN-ului unicelular bazat pe picături. Genomul Biol. 20, 63 (2019).

McCarthy, D. J., Campbell, K. R., Lun, A. T. & Wills, Q. F. Scater: pre-procesare, control al calității, normalizare și vizualizare a datelor ARN-Seq unicelulare în R. Bioinformatică 33, 1179–1186 (2017).

Pijuan-Sala, B. și colab. O hartă moleculară unicelulară a gastrulației șoarecilor și a organogenezei timpurii. Natură 566, 490–495 (2019).

Li, W., Germain, R. N. și Gerner, M. Y. Multiplex, analiză celulară cantitativă în volume mari de țesuturi cu microscopie 3D îmbunătățită cu compensare (Ce3D). Proc. Natl Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 114, E7321 - E7330 (2017).

Schindelin, J. și colab. Fiji: o platformă open-source pentru analiza imaginilor biologice. Nat. Metode 9, 676-682 (2012).

Routy, B. și colab. Microbiomul intestinal influențează eficacitatea imunoterapiei pe bază de PD-1 împotriva tumorilor epiteliale. Ştiinţă 359, 91–97 (2018).

Vetizou, M. și colab. Imunoterapia anticancerigenă prin blocarea CTLA-4 se bazează pe microbiota intestinală. Ştiinţă 350, 1079–1084 (2015).

Mielke, L. A. și colab. TCF-1 limitează formarea celulelor Tc17 prin reprimarea axei MAF - RORγt. J. Exp. Med. 216, 1682–1699 (2019).

Mulțumiri

Mulțumim domnilor Camilleri, A. Lin, S. Cree, C. Alvarado și T. Putoczki pentru consultanță și asistență tehnică de specialitate. Mulțumim lui S. Wilcox pentru efectuarea secvențierii și lui S. Nutt pentru lectura critică a manuscrisului. Sprijinul financiar pentru această lucrare a fost oferit de Consiliul Național de Sănătate și Cercetare Medicală (NHMRC) din subvențiile din Australia (APP1165443, 1122277 și 1054925 către GTB și CS), Cure Cancer și Cancer Australia (APP1163990 către NJ), Rebecca L. Cooper Medical Fundația de cercetare (către GTB) și bursele de la NHMRC (APP1135898 la GTB, APP1123000 la CS și APP1154970 la GKS). Acest studiu a fost posibil prin Programul de sprijin al infrastructurii operaționale al guvernului statului victorian și Schema de sprijin a infrastructurii Institutului independent de cercetare NHMRC al guvernului australian.

Informatia autorului

Afilieri

Walter și Eliza Hall Institute of Medical Research, Melbourne, Victoria, Australia

Cyril Seillet, Kylie Luong, Julie Tellier, Nicolas Jacquelot, Rui Dong Shen, Peter Hickey, Verena C. Wimmer, Lachlan Whitehead, Kelly Rogers, Gordon K. Smyth, Alexandra L. Garnham, Matthew E. Ritchie și Gabrielle T. Belz

Departamentul de biologie medicală, Universitatea din Melbourne, Melbourne, Victoria, Australia

Cyril Seillet, Kylie Luong, Julie Tellier, Nicolas Jacquelot, Rui Dong Shen, Peter Hickey, Verena C. Wimmer, Lachlan Whitehead, Kelly Rogers, Alexandra L. Garnham, Matthew E. Ritchie și Gabrielle T. Belz

Școala de matematică și statistică, Universitatea din Melbourne, Melbourne, Victoria, Australia

Universitatea din Queensland Diamantina Institute, Universitatea din Queensland, Brisbane, Queensland, Australia

Gabrielle T. Belz

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Contribuții

C.S., K.L., A.L.G., P.H., N.J., J.T., V.C.W. și R.D.S. a efectuat experimente și analize de date. G.K.S., A.L.G., P.H. și M.E.R. a supravegheat analizele bioinformatice. V.C.W., K.R. și L.W. a supravegheat analizele imagistice. G.T.B. a scris proiectul de manuscris și l-a coeditat cu C.S. și cu ajutorul celorlalți coautori. G.T.B. și C.S. a dirijat studiile.

Autori corespondenți

Declarații de etică

Interese concurente

Autorii nu declară interese concurente.

Informatii suplimentare

Informații privind evaluarea inter pares Ioana Visan a fost editorul principal al acestui articol și și-a gestionat procesul editorial și evaluarea inter pares în colaborare cu restul echipei editoriale.

Nota editorului Springer Nature rămâne neutru în ceea ce privește revendicările jurisdicționale din hărțile publicate și afilierile instituționale.