Efectos biológicos de la cardiolipina extracelular en el pulmón: acción antiviral frente a la infección por el virus respiratorio sincitial

• Autores: Alba de Lorenzo Avilés
• Directores de la Tesis: Maria Cristina Casals Carro (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 201
• Tribunal Calificador de la Tesis: Jesús Pérez Gil (presid.), Olga Cañadas Benito (secret.), Luis Ignacio Rivas López (voc.), Isidoro González Martínez (voc.), María Gasset (voc.)
• Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense (pdf)
• Resumen
  • español

    La cardiolipina (CL) es un fosfolípido aniónico estructuralmente complejo que se encuentra, fundamentalmente, en la membrana mitocondrial de células eucariotas y en la membrana de bacterias Gram-negativas y Gram-positivas. CL tiene un papel crucial en la estructura y función mitocondrial. Durante la apoptosis, la CL actúa como patrón molecular de daño. No obstante, los efectos biológicos de vesículas de CL en el medio extracelular no se han estudiado en profundidad. Se ha descrito que los niveles de CL aumentan en el fluido alveolar en humanos y ratones infectados con bacterias causantes de neumonía, lo que se ha relacionado con alteración de la función pulmonar. En contraste, se ha postulado que CL extracelular podría ser beneficiosa para el huésped ya que las membranas que presentan CL son ávidamente fagocitadas por macrófagos, lo que podría favorecer la eliminación de patógenos o de membranas dañadas del huésped.

    El objetivo de esta tesis es comprender las acciones biológicas, dosis-dependiente, de la cardiolipina extracelular en el entorno alveolar, donde CL podría interaccionar con el epitelio alveolar, los macrófagos alveolares (AMs), patógenos respiratorios (virus y bacterias) y el surfactante pulmonar, un complejo lipoproteico tensoactivo que evita el colapso alveolar.

    Nuestros resultados indican que los AMs son capaces de internar rápidamente vesículas de CL y que bajas dosis de CL, tanto extracelular como internada por AMs, limitan la respuesta inflamatoria de AMs estimulados con patrones moleculares asociados a patógenos: lipopolisacárido bacteriano y zimosán, un compuesto de la pared fúngica. De gran interés es que bajas dosis de CL inhiben la replicación del virus respiratorio sincitial humano (VRS) en el epitelio alveolar y la consiguiente respuesta de las células epiteliales alveolares humanas frente a VRS. CL actúa inhibiendo la unión del VRS a la superficie celular. La acción antiviral de vesículas de CL no se afecta por la presencia de componentes del surfactante pulmonar. Además, hemos encontrado que bajas dosis de CL protegen al epitelio alveolar frente a la infección por Haemophilus influenzae. CL impide la internación de la bacteria en el epitelio, bloqueando la vía de PI3K/Akt, requerida para la entrada de H. influenzae al epitelio alveolar. Por último, hemos determinado que altas dosis de CL tienen un efecto nocivo en la viabilidad celular y en el surfactante pulmonar. CL inhibe la función tensioactiva del surfactante por dos mecanismos distintos: (i) adsorción competitiva, por la que vesículas de CL compiten con el surfactante en la adsorción a la interfase aire-líquido; y (ii) fluidificación e inactivación de las membranas del surfactante por incorporación de CL en dichas membranas.

    En conclusión, bajas dosis de CL extracelular tienen un papel protector durante la infección de las células epiteliales alveolares por el virus respiratorio sincitial humano y la bacteria Haemophilus influenzae. Además, bajas dosis de CL extracelular limitan la excesiva respuesta inflamatoria de macrófagos alveolares frente a patrones moleculares asociados a patógenos. Sin embargo, altas dosis de CL extracelular alteran la función surfactante pulmonar.

  • English

    To facilitate gas exchange, the lung has the largest area of the body in contactwith the external environment. This extensive surface in contact with the externalmedium aids oxygenation but increases the risk of infection and inflammation bypathogens and endotoxins present in the air we breathe. The alveolar epithelium(type I and type II pneumocytes) and alveolar macrophages are covered by anaqueous fluid containing extracellular membranes called pulmonary surfactant thatare synthesized and secreted by type II pneumocytes.Pulmonary surfactant is composed of approximately 90 wt.% lipids (mainlyphospholipids) and 10 wt.% proteins, among which are four specific surfactantproteins: SP-A, SP-B, SP-C, and SP-D. The main function of pulmonary surfactantis to reduce the surface tension at the air-liquid interface at the end of exhalation,preventing alveolar collapse. In addition, pulmonary surfactant plays a key role ininnate immune defense in the alveolus [Cañadas and Casals, 2012]. Pulmonarycollectins (SP-A and SP-D) act as opsonins, increasing the phagocytosis of bacteria[McCormack and Whitsett, 2002], and are able to modulate the LPS-triggered innateimmune response [Stamme et al., 2002; Yamazoe et al., 2008]. Anionic surfactantphospholipids, mainly POPG, have anti-inflammatory actions on macrophagesstimulated with bacterial lipopolysaccharide (LPS) [Kuronuma et al., 2009] andMycoplasma pneumoniae [Kandasamy et al., 2011], blocking the binding of eitherLPS to TLR4 or M. pneumoniae to TLR2 [Kuronuma et al., 2009; Kandasamy etal., 2011]. Moreover, POPG is capable of neutralizing respiratory viruses such asinfluenza and respiratory syncytial virus, in vitro and in vivo [Numata et al., 2010;Numata et al., 2012]. However, its anti-inflammatory and antiviral actions disappearwhen POPG forms part of pulmonary surfactant membranes...