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Abstract(s)
Almost all life on Earth has a great demand for iron. Importance of iron is based on its crucial participation on several fundamental processes such as DNA and RNA synthesis, cell proliferation and energy production. However, this mineral needs to be strictly controlled and properly stored, as free iron can induce tissue and cell damage through the formation of free radicals. Iron traffic and distribution is controlled by complex systems, operating both at systemic and at cellular levels. Ferritin plays a key role in this respect. The ferritin protein, composed of H and L subunits, is responsible for safely storing iron inside the cells. Macrophages are central cells both for immune response to infection and for the iron metabolism and distribution. Previous work of our group showed that macrophages infected with mycobacteria increase their content in H-ferritin (FTH1).
The main goal of this thesis was to investigate the role of FTH1 in macrophage physiology, using bone marrow-derived macrophages from mice with a conditional deletion of Fth1 in the myeloid lineage. Our data showed that FTH1 was not necessary for macrophages’ differentiation from bone marrow precursors. FTH1-deficient macrophages kept their viability and had a normal expression of iron-related genes. Nonetheless, when challenged with exogenous iron, macrophages lacking Fth1 have increased mortality, probably due to the increase in free iron and subsequent increase in oxidative damage.
Furthermore, the impact of Fth1 on macrophage response to both immune and bacterial stimuli was studied. Our results demonstrated a clear role for H-ferritin in protection against IFN-? toxicity, as cells that do not express Fth1 had their viability impaired alongside with higher mortality. Gene expression of iron metabolism-related genes, between genotypes, was altered, especially in cells treated with IFN-?+LPS. Additionally, nitrites production was hampered in macrophages lacking Fth1.
In conclusion, these findings indicate that FTH1 is essential for cellular protection against iron and IFN-?-induced toxicity. Future work will deepen our knowledge onto the mechanisms behind the protective role of FTH1 in macrophages, against these different external insults, and also in the context of infection.
O ferro é essencial para a sobrevivência de quase todos os organismos vivos, sendo um elemento fundamental em diversas funções celulares, como a síntese do ADN e do ARN, proliferação celular e produção de energia. No entanto, este mineral necessita de ser cuidadosamente regulado e armazenado. Para tal, o metabolismo do ferro necessita de ser controlado a nível sistémico e celular. O ferro que não se encontra armazenado, ou ligado a alguma proteína, pode participar em reações que levam à formação de radicais livres, que podem promover a degradação o ADN, ARN, proteínas, entre outros. Para evitar estes efeitos nefastos, as células desenvolveram vários mecanismos, entre eles, a ferritina. A ferritina é uma proteína composta por duas subunidades, a H e a L, que são responsáveis pelo armazenamento do ferro. Os macrófagos têm um papel essencial, tanto na resposta imune à infeção, como no metabolismo e distribuição do ferro. Estudos anteriores do nosso laboratório demonstraram que quando infetados com micobactérias os macrófagos aumentam os seus níveis de ferritina-H (FTH1). O objetivo desta tese foi investigar o papel da FTH1 na biologia do macrófago. Para tal, foram usados macrófagos derivados da medula óssea de murganhos, com uma deleção condicional da ferritina-H, na linhagem mieloide. Os nossos resultados começaram por demonstrar que a FTH1 não é necessária à diferenciação dos macrófagos, a partir dos seus precursores. Além disso, a viabilidade e a expressão de genes relacionados com o metabolismo do ferro também não foram diferentes em macrófagos deficientes em FTH1. No entanto, quando estimulados por ferro exógeno, a viabilidade celular destes macrófagos diminuiu e, de forma concordante, a morte celular aumentou. Estes fenómenos, podem estar a ocorrer devido a um aumento do ferro livre e subsequente aumento de dano devido ao stress oxidativo. Posteriormente, analisámos o impacto da FTH1 na resposta dos macrófagos a estímulos imunológicos e/ou bacterianos. Pudemos concluir que há um claro papel da FTH1 na proteção contra a toxicidade do IFN-?, sendo que os macrófagos que não expressavam Fth1, tiveram a sua viabilidade reduzida e uma maior percentagem de morte celular. A expressão génica, de outros elementos envolvidos no metabolismo do ferro, nos macrófagos desprovidos de Fth1, também se encontrava alterada, com especial foco em células tratadas com IFN-?+LPS. Além disso, a produção de nitritos nestas células encontrava-se diminuída. Em conclusão, estes resultados indicam um papel preponderante da FTH1 na proteção celular contra a toxicidade induzida tanto pelo ferro, como pelo IFN-?. Num trabalho futuro, pretendemos aprofundar os mecanismos responsáveis pela proteção conferida pela FTH1, aos macrófagos, assim como abordar o seu papel num contexto de infeção.
O ferro é essencial para a sobrevivência de quase todos os organismos vivos, sendo um elemento fundamental em diversas funções celulares, como a síntese do ADN e do ARN, proliferação celular e produção de energia. No entanto, este mineral necessita de ser cuidadosamente regulado e armazenado. Para tal, o metabolismo do ferro necessita de ser controlado a nível sistémico e celular. O ferro que não se encontra armazenado, ou ligado a alguma proteína, pode participar em reações que levam à formação de radicais livres, que podem promover a degradação o ADN, ARN, proteínas, entre outros. Para evitar estes efeitos nefastos, as células desenvolveram vários mecanismos, entre eles, a ferritina. A ferritina é uma proteína composta por duas subunidades, a H e a L, que são responsáveis pelo armazenamento do ferro. Os macrófagos têm um papel essencial, tanto na resposta imune à infeção, como no metabolismo e distribuição do ferro. Estudos anteriores do nosso laboratório demonstraram que quando infetados com micobactérias os macrófagos aumentam os seus níveis de ferritina-H (FTH1). O objetivo desta tese foi investigar o papel da FTH1 na biologia do macrófago. Para tal, foram usados macrófagos derivados da medula óssea de murganhos, com uma deleção condicional da ferritina-H, na linhagem mieloide. Os nossos resultados começaram por demonstrar que a FTH1 não é necessária à diferenciação dos macrófagos, a partir dos seus precursores. Além disso, a viabilidade e a expressão de genes relacionados com o metabolismo do ferro também não foram diferentes em macrófagos deficientes em FTH1. No entanto, quando estimulados por ferro exógeno, a viabilidade celular destes macrófagos diminuiu e, de forma concordante, a morte celular aumentou. Estes fenómenos, podem estar a ocorrer devido a um aumento do ferro livre e subsequente aumento de dano devido ao stress oxidativo. Posteriormente, analisámos o impacto da FTH1 na resposta dos macrófagos a estímulos imunológicos e/ou bacterianos. Pudemos concluir que há um claro papel da FTH1 na proteção contra a toxicidade do IFN-?, sendo que os macrófagos que não expressavam Fth1, tiveram a sua viabilidade reduzida e uma maior percentagem de morte celular. A expressão génica, de outros elementos envolvidos no metabolismo do ferro, nos macrófagos desprovidos de Fth1, também se encontrava alterada, com especial foco em células tratadas com IFN-?+LPS. Além disso, a produção de nitritos nestas células encontrava-se diminuída. Em conclusão, estes resultados indicam um papel preponderante da FTH1 na proteção celular contra a toxicidade induzida tanto pelo ferro, como pelo IFN-?. Num trabalho futuro, pretendemos aprofundar os mecanismos responsáveis pela proteção conferida pela FTH1, aos macrófagos, assim como abordar o seu papel num contexto de infeção.
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Keywords
Ferritina-H Macrófagos Derivados de Medula Óssea Metabolismo do Ferro