Effects of aroylated phenylenediamines and mechanical stress on lung epithelial immunity

Abstract

Innate immunity of the lung epithelium provides efficient defenses against pathogens or other stress factors by secretion of antimicrobial peptides, presence of cellular junction proteins and autophagy. Upon activation through epithelial cell receptors the system triggers a defense response. Activation of epithelial immunity can lead to elimination of bacteria, enhanced epithelial integrity and lysosomal degradation. Therefore, modulation of immune signalling for epithelial immunity by specific inducers can serve as a treatment strategy to fight infections. The use of innate immunity modulators is of interest for management of ventilator induced lung injury (VILI), that can lead to acute respiratory distress syndrome (ARDS) in patients. The aim of this work was to investigate the effect of the aroylated phenylenediamine (APD) inducers HO53 and HO56 and mechanical stress on the innate immunity in the lung epithelium. The novel compounds HO53 and HO56 induced expression of antimicrobial effectors in bronchial epithelium and reduced bacterial entry. Both APD inducers exhibited a synergistic effect with vitamin D on CAMP gene expression and HO53 activated the STAT3 transcription factor. The HO53 compound enhanced epithelial barrier integrity and promoted induction of autophagy in differentiated cells. Treatment with HO53 had broad effect on gene expression, including expression of histone modifying enzymes and stimulated AMPK pathway together with TFEB activation. Mechanical stress generated by the cyclical pressure air-liquid device (CPAD) affected cell morphology and expression of markers for VILI and ARDS development together with pro-inflammatory genes. A preliminary study indicates that HO53 compound exacerbates pro-inflammatory response induced by mechanical stress.

Náttúrulegt ónæmi lungnaþekju myndar virkt varnarkerfi með seytingu örverudrepandi peptíða, myndun þéttitengja og sjálfsáti. Varnarkerfið virkjast með örvun viðtaka í þekjunni og getur leitt til þess að bakteríum er eytt, þéttni þekjunnar aukist og að virkni leysikorna sé örvuð. Með því að hafa áhrif á boðleiðir fyrir náttúrulegt ónæmi með sérhæfðum efnum má örva kerfið til að verjast sýkingum. Notkun á efnum sem örva boðleiðir þekjuvarna eru áhugaverður möguleiki tengt sýkingum en einnig í öndunarvélatengdum lungnaskaða (ÖTL) til að hindra brátt andnauðarheilkenni (BAH) sjúklinga í öndunarvél. Markmið verkefnisins var að rannsaka áhrif nýrra örvunarefna, aroylated phenylenediamin (APD) efna á náttúrulegt ónæmi og skoða áhrif þrýstings og slitálags á þekjuvarnakerfið. Ný APD örvunarefni HO53 og HO56 juku tjáningu örverudrepandi efna í lungnaþekju og drógu úr innrás baktería í þekjufrumur. Bæði APD efnin sýndu samverkan með vítamín D fyrir örvun á CAMP cathelicidin geninu og HO53 virkjaði STAT3 umritunarþáttinn í þeirri örvun. Meðhöndlun á skautuðum þekjufrumum með HO53 styrkti þekjuna og jók sjálfsát. HO53 hafði víðtæk áhrif á genatjáningu í frumunum sérstaklega tjáningu umbreytiensíma fyrir históna, en örvaði jafnframt AMPK boðleiðina og virkjaði TFEB umritunarþáttinn. Þrýstingsálag í sérhönnuðu tæki CPAD (e. cyclical pressure air-liquid device) hafði áhrif á útlit þekjunnar og tjáningu lífmerkja (e. biomarkers) fyrir ÖTL, BAH og bólgumiðla. Fyrsta athugun sýnir að HO53 efnið eykur á bólguviðbragð sem örvað hafði verið með þrýstingsálagi.