Impact of regulatory cytokines in hematopoiesis

Abstract

Interleukin (IL)-10, an anti-inflammatory cytokine produced in all immune responses, stands out as a major inhibitor of inflammation. While the effect of pro-inflammatory cytokines in hematopoiesis is well recognized, little is known about the role that anti-inflammatory cytokines portray in the homeostasis maintenance of the hematopoietic system. The work described in this Doctoral Thesis aimed at expanding the current knowledge of how IL-10 impacts hematopoietic differentiation, and to what extent anti-inflammatory scenarios can modulate hematopoietic homeostasis, contributing to the development of hematologic disorders. We described a novel mouse model of inducible IL-10 expression (pMT-10 mice) and investigated how an anti-inflammatory scenario, provided by transient IL-10 over-expression, could modulate cell maturation profiles in response to induced pathology. Our approach consisted in using a model of dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis, as IL-10 signaling, particularly in macrophages, is essential for intestinal homeostasis. pMT-10 mice pre-conditioned with IL-10 for 8 days before DSS administration showed a milder colitic phenotype. This protection was due to a reduction in the inflammatory profile of Ly6C+ cell subset. Finally, we observed that IL-10 protection against DSSinduced colitis was not long-lasting. Further studies are required to fully elucidate the cellular and molecular bases of IL-10 short-term induced protection. However, this work highlights new possibilities for the mechanisms allowing IL-10 to control intestinal inflammation. We next aimed at exploring a role for IL-10 in medullary hematopoiesis. It is well established that the cell fate decisions occurring during the hematopoietic process depend on external cues. Immunologic stress, as in the context of neoplasias and infection, changes the hematopoietic output to guarantee a constant supply of required immune cells. A role for IL-10 in hematopoiesis, although largely unknown, is expected, as several studies show the involvement of this cytokine in the pathogenesis of hematopoietic disorders. We found that IL-10 over-expression in pMT-10 mice led to several hematological alterations, namely i) increased myeloid cell production in the BM; ii) anemia; and iii) extramedullary myelopoiesis. The hematologic alterations observed required signaling through the IL-10 receptor (IL-10R) complex, since pMT-10 animals deficient in the IL-10Rα chain display a normal phenotype. Moreover, transplantation assays showed that both lymphoid and myeloid cells are key players in IL-10-driven myeloexpansion. We hope to wrap our findings by identifying the IL-10 target population and assessing the existence of other mediators involved in the phenotype. Overall, this work reveals how IL-10 over-expression impacts hematopoiesis, and adds to our understanding of the control of normal hematopoietic differentiation.

A interleucina (IL)-10 é uma citocina anti-inflamatória produzida no decorrer de todas as respostas imunes, que se destaca como um importante inibidor de inflamação. Apesar de o efeito das citocinas pró-inflamatórias na hematopoiese estar bem descrito, pouco se sabe sobre o papel que as citocinas que inibem as reações inflamatórias apresentam na homeostase do sistema hematopoiético. O trabalho descrito nesta Tese de Doutoramento teve como objectivo enriquecer o conhecimento atual de como a IL-10 afeta a diferenciação hematopoiética e, em que medida cenários anti-inflamatórios podem regular a homeostase hematopoiética, levando ao desenvolvimento de doenças hematológicas. Exploramos o modo como um cenário anti-inflamatório, proporcionado por uma sobre-expressão transitória de IL-10, pode modular os perfis de maturação celular em resposta a uma patologia induzida. Para este efeito, a nossa abordagem consistiu em usar um modelo de colite induzida por DSS, pois a sinalização de IL-10, particularmente em macrófagos, é essencial para a homeostase intestinal. Usando um modelo novo de sobre-expressão condicional de IL-10 (pMT-10), précondicionamos os ratinhos com IL-10 durante 8 dias, antes da induzirmos a doença. Os animais mostraram uma patologia menos acentuada. Esta proteção foi ainda mais notória aquando de um aumento da concentração de zinco no organismo dos animais. Esta observação deve-se possivelmente a uma redução no perfil inflamatório na população de células Ly6C+. Por fim, observamos que a proteção conferida pela IL-10, contra a colite, não é persistente. Deste modo, são necessários mais estudos para esclarecer as mecanismos celulares e moleculares pelos quais a IL-10 confere uma proteção transitória contra colite. No entanto, este trabalho demonstra novas possibilidades para o mecanismo pelo qual a IL-10 controla a inflamação intestinal. Exploramos depois um papel definitivo para a IL-10 na hematopoiese. As decisões que determinam o diferente tipo de diferenciação celular, que ocorrem durante o processo hematopoiético, dependem de sinais externos. O stress imunológico, por exemplo, durante cancro e infecção, altera a produção de células hematopoiéticas, de modo garantir um fornecimento adequado de células imunes. Uma função para a IL-10 na hematopoiese é esperada, dado que vários estudos mostram o envolvimento desta citocina no desenvolvimento de doenças hematopoiéticos. Neste trabalho descobrimos que a sobre-expressão de IL-10 em ratinhos pMT-10 leva a várias alterações hematológicas, como, i) aumento da produção de células mielóides na medula; ii) anemia; e iii) mielopoiese extramedular. As alterações hematológicas observadas requerem sinalização através do receptor da IL-10 (IL-10R), uma vez que os animais pMT-10, sem o IL-10R, apresentam um fenótipo normal. Além disso, experiencias de reconstituição do sistema imune demonstraram que tanto as células linfóides como as mielóides estão envolvidas na expansão mielóide induzida pela IL-10. Esperamos fechar este mecanismo de expansão mielóide identificando a população-alvo da IL-10 e avaliando a existência de outros mediadores envolvidos no fenótipo. Em suma, este trabalho demonstra como a sobre-expressão de IL-10 afeta a hematopoiese e enriquece o nosso conhecimento sobre o controle da diferenciação hematopoiética normal.