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Background
Autophagy participates in innate immunity by eliminating intracellular pathogens. Consequently, numerous microorganisms have developed strategies to impair the autophagic machinery in phagocytes. In the current study, interactions between Leishmania major (L. m.) and the autophagic machinery of bone marrow-derived macrophages (BMDM) were analyzed.
Methods
BMDM were generated from BALB/c mice, and the cells were infected with L. m. promastigotes. Transmission electron microscopy (TEM) and electron tomography were used to investigate the ultrastructure of BMDM and the intracellular parasites. Affymetrix® chip analyses were conducted to identify autophagy-related messenger RNAs (mRNAs) and microRNAs (miRNAs). The protein expression levels of autophagy related 5 (ATG5), BCL2/adenovirus E1B 19 kDa protein-interacting protein 3 (BNIP3), cathepsin E (CTSE), mechanistic target of rapamycin (MTOR), microtubule-associated proteins 1A/1B light chain 3B (LC3B), and ubiquitin (UB) were investigated through western blot analyses. BMDM were transfected with specific small interfering RNAs (siRNAs) against autophagy-related genes and with mimics or inhibitors of autophagy-associated miRNAs. The infection rates of BMDM were determined by light microscopy after a parasite-specific staining.
Results
The experiments demonstrated autophagy induction in BMDM after in vitro infection with L. m.. The results suggested a putative MTOR phosphorylation-dependent counteracting mechanism in the early infection phase and indicated that intracellular amastigotes were cleared by autophagy in BMDM in the late infection phase. Transcriptomic analyses and specific downregulation of protein expression with siRNAs suggested there is an association between the infection-specific over expression of BNIP3, as well as CTSE, and the autophagic activity of BMDM. Transfection with mimics of mmu-miR-101c and mmu-miR-129-5p, as well as with an inhibitor of mmu-miR-210-5p, demonstrated direct effects of the respective miRNAs on parasite clearance in L. m.-infected BMDM. Furthermore, Affymetrix® chip analyses revealed a complex autophagy-related RNA network consisting of differentially expressed mRNAs and miRNAs in BMDM, which indicates high glycolytic and inflammatory activity in the host macrophages.
Conclusions
Autophagy in L. m.-infected host macrophages is a highly regulated cellular process at both the RNA level and the protein level. Autophagy has the potential to clear parasites from the host. The results obtained from experiments with murine host macrophages could be translated in the future to develop innovative and therapeutic antileishmanial strategies for human patients.
Staphylococcus aureus uses a plethora of virulence factors to accommodate a diversity of niches in its human host. Aside from the classical manifestations of S. aureus-induced diseases, the pathogen also invades and survives within mammalian host cells. The survival strategies of the pathogen are as diverse as strains or host cell types used. S. aureus is able to replicate in the phagosome or freely in the cytoplasm of its host cells. It escapes the phagosome of professional and non-professional phagocytes, subverts autophagy, induces cell death mechanisms such as apoptosis and pyronecrosis, and even can induce anti-apoptotic programs in phagocytes. The focus of this review is to present a guide to recent research outlining the variety of intracellular fates of S. aureus.
In the present study, we assessed, if the novel dual phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor NVP-BEZ235 radiosensitizes triple negative (TN) MDA-MB-231 and estrogen receptor (ER) positive MCF-7 cells to ionizing radiation under various oxygen conditions, simulating different microenvironments as occurring in the majority of breast cancers (BCs). Irradiation (IR) of BC cells cultivated in hypoxic conditions revealed increased radioresistance compared to normoxic controls. Treatment with NVP-BEZ235 completely circumvented this hypoxia-induced effects and radiosensitized normoxic, reoxygenated, and hypoxic cells to similar extents. Furthermore, NVP-BEZ235 treatment suppressed HIF-1α expression and PI3K/mTOR signaling, induced autophagy, and caused protracted DNA damage repair in both cell lines in all tested oxygen conditions. Moreover, after incubation with NVP-BEZ235, MCF-7 cells revealed depletion of phospho-AKT and considerable signs of apoptosis, which were signifi-cantly enhanced by radiation. Our findings clearly demonstrate that NVP-BEZ235 has a clinical relevant potential as a radiosensitizer in BC treatment.
Die endogene Präsentation von intrazellulären Antigenen auf Major-Histokompatibilitätskomplex Klasse-II (MHC-II) -Molekülen ist von entscheidender Bedeutung für eine Reihe von immunologischen Prozessen. Die mechanistischen Grundlagen dieses Präsentationsweges sind aber noch weitgehend unverstanden. Ziel dieser Arbeit war es, einen Beitrag zum molekularen Verständnis der Abläufe zu leisten, die an der endogenen Präsentation nukleärer Antigene auf MHC-II-Molekülen beteiligt sind. Dazu sollte am Beispiel des nukleär lokalisierten Modellantigens Neomycin-Phosphotransferase II (NucNeoR) sowie des viralen Kernantigens Epstein-Barr-virus nuclear antigen 3C (EBNA3C) und entsprechender antigenspezifischer MHC-II-restringierter CD4+ T-Zellen die verantwortlichen Präsentationswege in professionell und nicht-professionell antigenpräsentierenden Zellen untersucht werden. In beiden Zellsystemen wurde NucNeoR über einen endogenen Präsentationsweg und nicht über die Freisetzung und Wiederaufnahme als exogenes Protein auf MHC-II-Molekülen präsentiert. Durch die Verwendung chemischer Inhibitoren konnte eine Beteiligung der Autophagie an der endogenen Antigenpräsentation nachgewiesen werden. Da Autophagie ausschließlich im Zytoplasma stattfindet, wurde nach möglichen Eintrittspforten für nukleäre Proteine in diesen Abbauweg gesucht. Für die Autophagie-abhängige Präsentation von NucNeoR war weder ein CRM1-vermittelter aktiver Export des Antigens aus dem Kern ins Zytoplasma, noch eine Auflösung der Kernmembran im Rahmen der Zellteilung und der dadurch bedingten Durchmischung nukleärer und zytoplasmatischer Bestandteile notwendig. Mit Hilfe eines konditionalen Antigenexpressionsystems und der Auftrennung antigenexprimierender Zellen nach Zellzyklusphasen konnte eine verstärkte Antigenpräsentation in der G1/0-Phase nachgewiesen werden, die mit fortschreitendem Zellzyklus immer mehr abnahm. Die Antigenpräsentation korrelierte dabei mit der ebenfalls im Laufe des Zellzyklus abnehmenden Transkriptions- bzw. Translationsrate des Antigens, aber nicht mit der absoluten Menge an Antigen in den Zellen. Bei abgeschalteter Antigentranskription dagegen korrelierte die Antigenpräsentation mit der MHC-II-Oberflächenexpression, die von der G1/0- bis hin zur G2/M-Phase kontinuierlich zunahm. Eine ähnliche Korrelation von Antigentranskription/ Antigentranslation und Autophagie-abhängiger Antigenpräsentation wurde auch für EBNA3C und die zytoplasmatisch lokalisierte NeoR-Variante beobachtet. Diese Ergebnisse identifizieren die Autophagie-abhängige Präsentation neusynthetisierter Proteine als den verantwortlichen molekularen Mechanismus für die endogene Präsentation der untersuchten nukleären Antigene auf MHC-II-Molekülen. Durch die Kopplung von Translation und autophagischem Abbau erlangen Proteine unabhängig von ihrer subzellulären Lokalisation Zugang zu diesem Präsentationsweg und erweitern so das Spektrum der intrazellulären Antigene, die einer CD4+ T-Zellüberwachung unterliegen.