Role of hypoxia inducible factors in alveolar marophage physiology

• Autores: Helena María Izquierdo Fernández
• Directores de la Tesis: David Sancho Madrid (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2018
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 102
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ángel Luis Corbi Lopez (presid.), Silvia Martín Puig (secret.), Manfred Kopf (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Bioquímica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    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.

  • English

    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.