Published December 15, 2022
| Version v1
Publication
Cathepsins and non-apoptotic caspases involvment during immunosuppressive macrophages generation
Creators
Contributors
Others:
- Centre méditerranéen de médecine moléculaire (C3M) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Côte d'Azur (UCA)
- Université Côte d'Azur
- Patrick Auberger
- Arnaud Jacquel
Description
Macrophages are immune cells resulting from embryogenesis or from the differentiation of monocytes. Schematically, three populations of macrophages co-exist: naive macrophages (M0), pro-inflammatory macrophages (M1) and anti-inflammatory macrophages (M2 or immunosuppressive). Naive macrophages have phagocytic functions and recognize pathogens but rapidly undergo polarization into pro- or anti-inflammatory macrophages to acquire all their functions. Pro-inflammatory macrophages are partly responsible for the inflammatory response, during which they exert anti-microbial and anti-tumor functions. Conversely, anti-inflammatory macrophages are involved in the resolution of inflammation, phagocytosis of cellular fragments and tissue repair. However, macrophages are also involved in the development of some pathologies such as atherosclerosis (M1), fibrosis or cancers (M2). Thus, a better understanding of the generation mechanism of these three kinds of macrophages is essential to develop new therapeutic strategies.During my thesis, I was interested in the role played by cathepsins and caspases during the differentiation of monocytes into naive macrophages and then during their polarization into anti-inflammatory macrophages. Indeed, it has been previously demonstrated in my team that the activation of caspases -8, -3 and -7 are needful for the differentiation of monocytes into macrophages in response to the cytokine M-CSF (CSF-1). The activation of caspases in the context of macrophage differentiation is original since the cleavage fragments obtained (respectively 34 ; 26 and 30 kDa for caspases -8, -3 and -7) are different in size from those found during apoptosis and, moreover, do not lead to cell death. The more precise characterization of caspase activation during the differentiation of monocytes into macrophages has demonstrated the crucial role of cathepsin B in the cleavage and activation of caspase-8. The activation of caspases leads to the cleavage of some substrate proteins, such as p47 Phox, NPM or LYN on non-consensus peptide sequences, highlighting an original activation mode of caspases during the differentiation of monocytes into macrophages. From these original sequences, we generated new tetrapeptides allowing to selectively measure and inhibit the activities of non-apoptotic caspases found during the differentiation of monocytes into macrophages.These results, obtained during the differentiation of monocytes into macrophages, were then transposed to the polarization of naive macrophages. Interestingly, activation of cathepsin B as well as caspases is required for the generation of anti-inflammatory macrophages in response to IL-4/IL-13. Conversely, these activations are completely inhibited during pro-inflammatory polarization of macrophages in response to IFN-γ/LPS, pointing to a strict specificity of cathepsin B and caspase activation in anti-inflammatory macrophages. Moreover, pharmacological, or genetic inhibition of cathepsin B and caspases leads not only to a blockage of the polarization of anti-inflammatory macrophages but also to their repolarization towards a pro-inflammatory phenotype. The important role played by cathepsin B and non-apoptotic caspases during the polarization of anti-inflammatory macrophages makes them very promising targets to limit the functionality of these immunosuppressive macrophages, especially in pathologies where they are deleterious, such as fibrosis or cancers.
Abstract (French)
Les macrophages sont des cellules immunitaires issus de l'embryogenèse ou de la différenciation des monocytes. Schématiquement, trois populations de macrophages co-existent : les macrophages naïfs (M0), les macrophages pro-inflammatoires (M1) et les macrophages anti-inflammatoires (M2 ou immunosuppresseurs). Les macrophages naïfs possèdent des fonctions phagocytaires et reconnaissent des agents pathogènes mais subissent rapidement une polarisation en macrophages pro- ou anti- inflammatoires afin d'acquérir toutes leurs fonctions. Les macrophages pro-inflammatoires sont en partie responsables de la réponse inflammatoire, durant laquelle ils exercent des fonctions anti-microbiennes et anti-tumorales. A l'inverse, les macrophages anti-inflammatoires sont impliqués dans la résolution de l'inflammation, la phagocytose des débris cellulaires et la réparation des tissus. Cependant, les macrophages sont également impliqués dans le développement de certaines pathologies telles que l'athérosclérose (M1), la fibrose ou les cancers (M2). Ainsi, mieux connaitre le mécanisme de génération de ces trois types de macrophages est essentiel afin de pouvoir développer de nouvelles stratégies thérapeutiques.Durant ma thèse, je me suis intéressé au rôle joué par les cathepsines et les caspases lors de la différenciation des monocytes en macrophages naïfs puis au cours de leur polarisation en macrophages anti-inflammatoires. En effet, il a été précédemment démontré au sein de mon équipe que l'activation des caspases -8, -3 et -7 sont nécessaires à la différenciation des monocytes en macrophages en réponse à la cytokine M-CSF (CSF-1). L'activation des caspases dans le contexte de la différenciation des macrophages est originale puisque les fragments de clivage obtenus (respectivement 34 ; 26 et 30 kDa pour les caspases -8, -3 et -7) sont de taille différente de ceux retrouvés au cours de l'apoptose et n'entraine en outre aucune mortalité cellulaire. La caractérisation plus précise de l'activation des caspases au cours de la différenciation des monocytes en macrophages a permis de démontrer le rôle primordial de la cathepsine B dans le clivage et l'activation de la caspase-8. L'activation des caspases conduit au clivage de certaines protéines substrats, comme p47 Phox, NPM ou encore LYN au niveau de séquences peptidiques non-consensus, soulignant un mode d'activation original des caspases au cours de la différenciation des monocytes en macrophages. A partir de ces séquences originales, nous avons généré de nouveaux tétrapeptides permettant de mesurer et d'inhiber sélectivement les activités des caspases non-apoptotiques retrouvées au cours de la différenciation des monocytes en macrophages.Ces résultats, obtenus au cours de la différenciation des monocytes en macrophages, ont ensuite été transposés lors de la polarisation des macrophages naïfs. De manière intéressante, l'activation de la cathepsine B ainsi que des caspases est requise pour la génération des macrophages anti-inflammatoires en réponse à l'IL-4/IL-13. Inversement, ces activations sont totalement inhibées lors de la polarisation pro-inflammatoire des macrophages en réponse à l'IFN-γ/LPS, pointant une stricte spécificité d'activation de la cathepsine B et des caspases dans les macrophages anti-inflammatoires. De plus, l'inhibition pharmacologique ou génétique de la cathepsine B et des caspases conduit non seulement à un blocage de la polarisation des macrophages anti-inflammatoires mais également à leur repolarisation vers un phénotype pro-inflammatoire. Le rôle important joué par la cathepsine B et les caspases non-apoptotiques au cours de la polarisation des macrophages anti-inflammatoires en font donc des cibles très prometteuses pour limiter la fonctionnalité de ces macrophages immunosuppresseurs, notamment dans les pathologies où ils sont délétères, comme la fibrose ou les cancers.Additional details
Identifiers
- URL
- https://theses.hal.science/tel-04042942
- URN
- urn:oai:HAL:tel-04042942v1
Origin repository
- Origin repository
- UNICA