The Impact of Protein Tyrosine Phosphatases on the activation of Intraepithelial Lymphocytes.

Abstract

A barreira epitelial do intestino abriga um conjunto de microorganismos comensais e patogénicos e também um vasto leque de antigénios alimentares. Os linfócitos intraepiteliais (IEL) são células T residentes no epitélio intestinal e constituem uma primeira linha de defesa contra infeções, preservando assim a integridade da barreira epitelial, assegurando a homeostase e reparação dos tecidos.A ativação desproporcionada de linfócitos pode produzir efeitos nefastos, justificando assim a necessidade de existir um mecanismo de ativação estritamente regulado. Enquanto a maioria dos linfócitos é mantido num estado quiescente, os linfócitos intraepiteliais apresentam-se num estado de ativação elevado, porém controlado, exibindo características de ambas células T efetoras e de memória. Neste estado de ativação elevado, os linfócitos intraepiteliais demonstram prontidão para atuar, no entanto parece existir uma barreira que impede estes linfócitos de executarem em pleno as suas funções efetoras. A ativação de células T convencionais é maioritariamente regulada pelo recetor de células T (TCR), no entanto os sinais que regulam a ativação dos linfócitos intraepiteliais são ainda desconhecidos e o papel do TCR nesta interação permanece controverso. O processo de ativação e subsequentes respostas imunológicas são maioritariamente regulados pela sinalização intracelular que se inicia com a ativação do TCR, que recruta inúmeras moléculas de sinalização onde se incluem as proteínas tirosina fosfatases e as proteínas tirosinas quinases. A ação desfosforilante das PTPs determina a ativação ou a inibição dos seus alvos, conferindo às PTPs um papel fundamental na regulação da sinalização pelo TCR. Deste modo, a desregulação da atividade das PTPs pode resultar numa deficiência nos mecanismos de ação e regulatórios do TCR e consequentemente em patologias de carácter autoimune. Este estudo procurou investigar o papel das PTPs no estado de ativação dos IELs e pretende avaliar se as PTPs representam um fator determinante no controlo da ativação destas células.Em resposta à estimulação do TCR, os IELs apresentam uma transdução de sinal intracelular deficiente, a jusante do TCR. Os resultados mostram que as PTPs são altamente expressas por IELs “naturais”, e uma análise mais profunda revela níveis muito elevados das proteinas PTPN22 e SHP-2 nestas células, em comparação com células T convencionais. Observou-se também uma maior atividade das PTPs em IELs naturais. Ao analisar a indução de colite em ratinhos, verificou-se que esta doença é prolongada em ratinhos-quimeras deficientes em PTPN22. Mais ainda, após a estimulação de ratinhos-quimera Ptpn22-/- com α-CD3, os IELs exibem um maior poder citotóxico. Em ratinhos wild-type tratados com um inibidor de PTP, ortovanadato de sódio (SOV), e estimulados com α-CD3, os IELs proliferam continuamente, aumentam a expressão de PD-1 e sustêm a produção de Granzima B (GzmB).Em conjunto, o nosso trabalho mostra o papel proeminente das PTPs nos IELs intestinais, e consequentemente esclarece a sua importância para a função e regulação destas células.

The intestinal epithelial barrier is home to an array of commensal and pathogenic microorganisms as well as a variety of food antigens. Intraepithelial lymphocytes (IELs) are highly specialized T cells, which reside within the intestinal epithelium, constituting a first line of defence against infection and ensuring tissue homeostasis. The potential detrimental effects of aberrant lymphocyte activation support the necessity for a strictly regulated lymphocyte activation mechanism. While most lymphocytes are kept in a quiescent state, intriguingly, IELs are sustained in a highly activated yet resting state, sharing many features with both effector and memory T cells. IELs are halted in a poised activation status, which hints at the presence of a cue for activation but also a blockade preventing IELs from mounting a fully-fledged effector response. Indeed, conventional T cell activation is mainly regulated by the T cell receptor whereas the cues that regulate IEL activation status are still unknown and the role of the TCR remains controversial. Upon TCR ligation, T cell activation is regulated by signal transduction downstream of the TCR, engaging several intracellular signalling molecules such as Protein Tyrosine Phosphatases (PTPs) and Protein Tyrosine Kinases (PTKs). The dephosphorylation action of PTPs determines the enhancement or inhibition of their specific targets, granting PTPs with a critical role in the regulation of TCR signalling. The dysregulation of PTP function could therefore result in the impairment of the TCR mechanisms of action and regulation and consequently, in T cell-mediated autoimmune disease. This study investigates the role of PTPs in the heightened but poised activation status of IELs and intends to ascertain whether PTPs are a key factor in the control of IEL activation. The analysis of IEL response to TCR stimulation has revealed that signal transduction is hampered downstream of the TCR. We found that PTPs are highly expressed in natural IELs and further analysis showed increased protein levels of the PTPs PTPN22 and SHP-2 in these cells, compared to peripheral T cells. Furthermore, we could show increased PTP activity in natural IELs. Analysis of an induced-colitis mouse model has shown that the disease is prolonged in Ptpn22-/- Bone Marrow (BM) chimeric mice. We also report that in Ptpn22-/- BM chimeras stimulated with α-CD3, IELs show increased cytotoxic potential. Furthermore, in WT mice treated with a general PTP inhibitor, Sodium Orthovanadate (SOV), and stimulated with α-CD3, IELs show continuing proliferation, increased PD-1 expression, and sustained Granzyme B (GzmB) production.Taken together, our work reveals that PTPs are prominent in intestinal IELs, suggesting they may make an important contribution to the function and regulation of these cells.