FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Hjerte og karsykdommer er den ledende dødsårsaken i den moderne verden. Den underliggende årsaken er aterosklerose, en lidelse som utvikler seg tregt og resulterer i dannelsen av en kronisk betennelse i åreveggen. Aterosklerose er en kronisk inflammatorisk sykdom og kolesterol som akkumuleres i aterosklerotiske plakker som utfelte kolesterolkrystaller (CC), kan starte utvikling og progresjon av sykdommen. CC aktiverer immunsensor kalt inflammasome, og dette følger til inflammasjon ved frigjøring av pro-inflammatoriske cytokine IL-1beta. Vi har funnet at komplement aktivert av CC i blodet kontrollerer flere nivå av CC-indusert inflammasjon primært ved å kontrollere priming av monocytter, og opsonizering og fagocytose av CC. Blokkeringen av komplement indusert av CC følger til en svakere inflammatorisk respons. Arbeid fra Dr. Claudia Kemper har visst at komplement aktiveringen på innsiden av celler, noe som tydet på at intracellulært komplement har noe helt annet funksjon enn komplement generert i blodet. Vi skrev en søknad om mobilitet stipend i regi av NFR hvor det overordnete målet med prosjektet var å bedre forstå de bakenforliggende molekylære mekanismene for CC-indusert inflammasjon, med hoved fokus på komplement generert på innsiden av celler, og hvordan intracellulær komplement regulerer denne inflammasjonen. Mobiltet stipend fra NFR gjorde det mulig for meg å tilbringe 2 år i Kemper lab, først ved king´s College London for et år, og deretter på NIH for det siste året. Projektet har kommet såpass langt at vi har følgende resultater: 1)Vi har funnet at det finnes complement generert på innsiden av monocytter. 2)Vi fant at intracellular komplement receptor 5 (C5aR1) er lokalizert i cytosolen og på mitokondriene, noe som er viktig for cell signalering og metabolisme. Vi kan måle stress signalet ROS nå vi aktiverte mitokondriene med liganden C5a, noe som tyder på at C5aR1 som er uttrykt på utsiden av mitokondriene kan signalizere. C5aR1 tilhører såkalte G-protein coupled receptors; reseptorer som er klassiske kjent for å signalizere fra celle overflate. Det at vi finner den på mitokondriene, tyder på at den spille en viktig role i celle metabolisme men også i mitokondiene response til sterile stimuli som kolesterol krystaller. 3)Mest viktig, vi har funnet at complement generert på innsiden av monocyter og makrofager er veldig viktig i å kontrollere inflammasome aktiveringen og inflammatoriske responser mot CC og andre stress signaler som for eksempel krystallene som forårsaker urinsyregikt. 4)Vi bekrefter våre funn ved å vise at monocytter fra 2 pasienter som mangler C5 i serum, men allikevel uttrykker normal intracellulært C5 system, produserer normal IL-1beta når stimulert med CC, MSU og flere andre stress faktorer. Våre data tyder på forskjellige funksjoner av komplement avhengig av lokaliseringen, med extracellular komplement som priming signal og opsonin for CC, mens den intracellulære komplement styrer inflammasome aktiveringen. Vi har data som viser at mus makrofager som er defekt for C5aR1 har sveket immunrespons når stimulert ex-vivo med CC. Vi jobber med å bekrefte våre funn i en model av aterosklerose hvor vi undersøker in vivo betydning av intracellular C5aR1. Våre funn har generelt 2 nye store prosjekter hvor vi først undersøker om intracellular C5aR1 signaleringen har en betydning i andre type infeksjon som aktiverer NLRC4 (sensor av Salmonella, Legionella, Shigella and Pseudomonas) og AIM2 (sensor av cytosolisk DNA) inflammasomer. Vi har også generert data som tyder på at dette komplement systemet styrer " innate immune memory".

My observations so far shows for the first time that the intracellular complement system cross-talk with the NLRP3 inflammasome to mediate cell metabolic and physiological pathways that direct cell survival and effector function. Some key questions coming out of the data generated during the past 3 years sets center around -What cellular compartments contain the complosome C5a and C5aR1, -what are the interactions partners of C5aR1, -and how is the C5 activation and the interaction between C5a and C5aR1regulated? These questions have increased my network of collaborators including biochemists, immunologists, computational biologist, and clinicians. It is clear that this is a field in its beginning at that answering the above questions may ultimately allow us to develop new tools for controlling the C5 system and hence IL-1beta responses in chronic diseases such as atherosclerosis or gout.

Once identified as a disease of cholesterol storage, atherosclerosis is now recognized as a chronic inflammatory disease. The knowledge of the underlying mechanisms that shape atherogenesis has increased in the past decade. However, the elicitors of this inflammatory response are not quite understood. Excessive amount of cholesterol can initiate the development and progression of atherosclerosis. Furthermore, accumulated cholesterol can form crystals that were recently found at all stages of atherosclerosis. Cholesterol crystals (CC) are now emerging as endogenous initiators of inflammation that drives further development atherosclerosis. CC can activate NLRP3 inflammasome, a multiprotein signaling complex of innate immune system that drives release of mature IL-1beta. We have identified the complement system as a key trigger of CC-induced NLRP3 activation. We have also shown that targeting CC-induced complement impaired CC ability to activate pro-inflammatory cytokines. Recent discoveries of intracellular complement provide a new dimension to our understanding of this component of innate immunity. The intracellular complement appears to modulate the magnitude of inflammation suggesting an interaction with cytosolic receptors such as NLRP3. I therefore plan to identify the mechanisms of intracellular complement regulation of CC-induced inflammation. I propose that defining the function (s) of intracellular complement in human monocytes activated by CC will reveal new targets for management and treatment of CC-induced inflammation in atherosclerosis.