Characterization of thymic immune response to mycobacterial infections

Abstract

Contact with mycobacteria is common worldwide. Attention is mostly directed to the massive number of infections with Mycobacterium tuberculosis (about 1/3rd of the world’s population) and Mycobacterium avium in co-infected HIV patients and other immunocompromised individuals. Our laboratory has recently shown that, in the mouse model, mycobacteria are able to infect the thymus, the organ responsible for T lymphocyte differentiation, rendering newly differentiated T cells tolerant in responding to mycobacterial antigens. The bacterial load in the thymus slowly progresses, reaching a stagnation at more advanced periods of infection (16 weeks post-infection), while in the spleen it occurs after 4 weeks. In the spleen, this stagnation is clearly associated to the appearance of IFN-γ secreting T cells, and so we suspected the involvement of these cells in the thymus as well. Indeed, coinciding with the stabilization of the bacterial load in the thymus is an increased expression of IFN-γ at 16 weeks post-infection (wpi), in infected mice, followed by an increase in iNOS expression, a marker of macrophagic activation, at 24wpi. Knowing the immature phenotype of newly generated T cells in the adult mice, we suspected the involvement of mature T cells, which are re-circulating from peripheral organs back to the thymus, in the thymic mycobacterial infection. Using the transgenic RAG-GFP mice, that allow the discrimination of newly generated T cells (GFP+) from re-circulating T cells (GFP-), we assessed the number, specificity and IFN-γ secreting ability of both these populations in the thymus. As previously described and further confirmed by our group, re-circulating T cells have a phenotype consistent with high expression levels of CD44 and low of CD24, allowing us to also extend this analysis to wild type mice. Increased levels of the Th1 recruiting chemokines IP-10, MIG and MIP-1β was detected in the thymus from 16 weeks of infection in comparison to non-infected mice. Although the number of re-circulating cells was not increased by infection, this pool was enriched with specific mycobacterial T cells. We were able to detect an increased number of mycobacterial antigen (Ag)85-specific T cells within the pool of re-circulating cells after 16 weeks of infection, in wild type mice, and 20 weeks, in RAG-GFP mice. Moreover, when transferring re-circulating T cells from RAG-GFP mice, with 20 weeks of infection, into infected mice with no αβT cells (TCRα-/-), these cells were more capable of producing IFN-γ when stimulated specifically with Ag85 but not with PMA+ION. Furthermore, these cells also have a tendency to be more enriched with Ag85-specific T cells. The data from this work presents evidence of an ongoing immune response in the thymus, which occurs at later time points and with a distinct activation profile from that in the spleen. The thymus recruits mycobacterial T cells from the periphery, which appear to be major producers of IFN-γ.

Contacto com micobactérias é comum mundialmente. A atenção é normalmente direccionada para o vasto número de infecções com Mycobacterium tuberculosis (estimado a ser 1/3 da população mundial) e com Mycobacterium avium em pacientes co-infectados com HIV e outros indivíduos imunocomprometidos. O nosso laboratório mostrou que, no modelo do ratinho, as micobactérias são capazes de infectar o timo, o órgão responsável pela diferenciação de linfócitos T, gerando células recém diferenciadas que são tolerantes a responder a antigénios micobacterianos A carga bacteriana no timo progride lentamente, estagnando em períodos mais avançados da infecção (16 semanas pós-infecção), enquanto que no baço esta ocorre após 4 semanas. No baço esta estagnação está claramente associado ao aparecimento de células T capazes de segregar IFN-γ, e sendo assim suspeitamos o envolvimento destas mesmas células no timo. Deveras, coincidente com a estabilização da carga bacteriana no timo está um aumento da expressão de IFN-γ às 16 semanas pós infecção, em ratinhos infectados, seguido por um aumento da expressão de iNOS, um marcador de activação macrofágica, às 24 semanas de infecção. Sabendo do fenótipo imaturo das células T recém diferenciadas em ratinhos adultos, suspeitamos do envolvimento de células T maturas, que estão e re-circular de órgãos periféricos de novo para o timo, na infecção micobacteriana do timo. Usando ratinhos transgénicos RAG-GFP, que possibilitam a distinção entre células T recém diferenciadas (GFP+) e células T que estão e re-circular (GFP-), fomos estudar o número, a especificidade e a capacidade de produzir IFN-γ de ambas estas populações celulares no timo. Como previamente descrito e posteriormente confirmado pelo nosso grupo, células T em re-circulação possuem um fenótipo consistente com elevados níveis de expressão de CD44 e baixos de CD24, possibilitando a extensão desta análise a animais não mutantes. Níveis elevados de quimiocinas recrutadoras de Th1 IP-10, MIG e MIP-1β foram detectadas no timo a parir das 16 semanas de infecção. Apesar do número de células em re-circulação não estar alterado pela infecção, esta população estava enriquecida com células T específicas para micobactérias. Também detectamos um aumento de células T específicas para o antigénio (Ag)85 micobacteriano dentro da população de células a re-circular após 16 semanas de infecção, em animais não mutantes, e 20 semanas, em animais RAG-GFP. Transferindo células T em re-circulação de animais RAG-GFP, com 20 semanas de infecção, para animais sem células αβT (TCRα-/-), estas eram mais capazes de produzir IFN-γ quando estimulados com Ag85 mas não com PMA+ION. Além disso, estas células aparentam ter uma tendência para serem mais enriquecidas com células T específicas para Ag85. Os dados destes trabalho evidenciam uma resposta imune no timo, que ocorre mais tardiamente e com um perfil de activação distinto daquele que ocorre no baço. O timo recruta células T específicas para micobactérias da periferia, que aparentam ser produtoras de IFN-γ.