Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/76702
Type: Dissertação
Title: Modulação da respiração anaeróbica em táxons disbióticos por IgG durante doenças inflamatórias intestinais: Estudos in silico e em modelo experimental
Authors: Samantha Neves de Oliveira
First Advisor: Caio Tavares Fagundes
First Co-advisor: Diego Lisboa Rios
First Referee: Angelica Thomaz Vieira
Second Referee: Daiane Boff
Abstract: Doenças inflamatórias intestinais, como a colite ulcerativa, geram alterações significativas no lúmen intestinal. Dentre elas há o aumento nas concentrações de óxido nítrico (NO) e aumento da abundância de Proteobacteria, especialmente da família Enterobacteriaceae, como Escherichia coli. Estas são capazes de utilizar nitrato, S-óxidos e N-óxidos como aceptores terminais de elétrons na respiração anaeróbica. Assim, o excesso de NO produzido durante a colite pode favorecer a expansão desta família. Recentemente foi observado em estudos do nosso grupo que a IgG pode regular a produção de NO durante a colite ulcerativa, via ativação de receptores FcγR. Diante disso, o objetivo deste trabalho é compreender o papel da IgG no controle da produção de óxido nítrico e seu impacto para o processo disbiótico gerado pela colite ulcerativa. Visamos testar a hipótese de que IgG controla a expansão de Enterobacteriaceae durante respostas inflamatórias intestinais por regular a produção de NO por meio de análises multi-ômicas de um banco de dados de pacientes portadores de DII, experimentos in vitro com isolados disbióticos e experimentos in vivo em modelo murino de colite ulcerativa, induzida por DSS (Sulfato de sódio dextrana). Neste último sistema, utilizamos animais deficientes para o receptor FcγRIIB, que apresentam alterações no seu repertório de IgG reativa à microbiota, e ensaios de competição entre linhagens de Escherichia coli selvagens ou mutantes incapazes de utilizar nitrato na respiração anaeróbia. O perfil sorológico permitiu agrupar pacientes com diferentes diagnósticos de DII. Um desses grupos, caracterizado por elevados títulos de ANCA, apresentou diferenças em sua microbiota intestinal, com maior conteúdo relativo de Citrobacter, Escherichia coli e Proteus, entre outras alterações. Além disso, esses pacientes apresentaram alterações transcricionais, caracterizadas por enriquecimento de vias envolvidas na resposta imune e inflamatória, indicando que a resposta sorológica está relacionada a alterações transcricionais e de microbiota. Animais Fcgr2b-/- apresentaram uma colite acentuada após exposição ao DSS, associado à maior produção da quimiocina CXCL1 e translocação bacteriana para o fígado. Ainda, nossos dados sugerem que FcγRIIB é importante para "instruir" a ativação dos macrófagos, reprimindo a produção de NO e induzindo aumento de CD11b. Na ausência do receptor, o padrão de ativação é invertido. Também observamos que o uso de nitrato como aceptor final de elétrons confere alguma vantagem competitiva para bactérias isoladas das fezes e fígado dos animais Fcgr2b-/-, identificadas presuntivamente como E. coli. Os ensaios de competição utilizando bactérias selvagens e linhagens ΔnarGnapAnarZ sugerem que o uso de nitrato como aceptor final de elétrons confere uma vantagem para bactérias durante a colite nos animais Fcgr2b-/-. Consistente com isso, a inibição de iNOS impede a vantagem competitiva da linhagem selvagem sobre a mutante e resulta em menor translocação da linhagem selvagem para o fígado dos animais Fcgr2b-/-. Além disso, vimos que a utilização do nitrato no crescimento anaeróbio gera uma menor produção de indol indicando uma mudança fenotípica relacionada à virulência da bactéria. Em conclusão, esses dados demonstram que IgG interfere na composição da microbiota durante DII em parte por modular a produção de NO pelo hospedeiro e consequente expansão e eventual translocação de linhagens bacterianas que utilizam o nitrato na respiração anaeróbia.
Abstract: Inflammatory bowel diseases, such as ulcerative colitis, generate changes in the intestinal lumen. Among them there is an increase in nitric oxide (NO) concentrations and an increase in the abundance of Proteobacteria, especially from the Enterobacteriaceae family, such as Escherichia coli. These are capable of using nitrate, S-oxides and N-oxides as terminal electron acceptors in anaerobic respiration. Thus, the excess of NO produced during colitis may favor the expansion of this family. It was recently observed in studies by our group that IgG can regulate NO production during ulcerative colitis, via activation of FcγR receptors. Therefore, the objective of this work is to understand the role of IgG in controlling the production of nitric oxide and its impact on the dysbiotic process generated by ulcerative colitis. We aimed to test the hypothesis that IgG controls the expansion of Enterobacteriaceae during intestinal inflammatory responses by regulating NO production through multi-omic analysis of a database of patients with IBD, in vitro experiments with dysbiotic isolates and in vivo experiments in a murine model of ulcerative colitis, induced by DSS (Sodium dextran sulfate). In this last system, we used animals deficient for the FcγRIIB receptor, which present alterations in their microbiota-reactive IgG repertoire, and competition assays between wild-type Escherichia coli strains or mutants incapable of using nitrate in anaerobic respiration. The serological profile allowed grouping patients with different IBD diagnosis. One of these groups, characterized by high titers of ANCA, showed differences in its intestinal microbiota, with a higher relative content of Citrobacter, Escherichia coli and Proteus, among other alterations. In addition, these patients had transcriptional alterations, characterized by enrichment of pathways involved in the immune and inflammatory response, indicating that the serological response is related to transcriptional and microbiota alterations. Fcgr2b-/- animals showed a marked colitis after exposure to DSS, associated with increased production of the chemokine CXCL1 and bacterial translocation to the liver. Furthermore, our data suggest that FcγRIIB is important to "instruct" the activation of macrophages, repressing NO production and inducing an increase in CD11b. In the absence of the receptor, the activation pattern is reversed. We also observed that the use of nitrate as a final electron acceptor confers some competitive advantage to bacteria isolated from feces and liver of Fcgr2b-/- animals, presumptively identified as E. coli. Competition assays using wild-type bacteria and ΔnarGnapAnarZ strains suggest that the use of nitrate as the final electron acceptor confers an advantage to bacteria during colitis in Fcgr2b-/- animals. Consistent with this, inhibition of iNOS prevents the competitive advantage of the wild-type strain over the mutant and results in less translocation of the wild-type strain into the liver of Fcgr2b-/- animals. In addition, we saw that the use of nitrate in anaerobic growth generates a lower production of indole, indicating a phenotypic change related to the virulence of the bacterium. In conclusion, these data demonstrate that IgG interferes with the composition of the microbiota during IBD in part by modulating the production of NO by the host and consequent expansion and eventual translocation of bacterial strains that use nitrate in anaerobic respiration.
Subject: Microbiologia
Colite
Escherichia coli
Anticorpos Anticitoplasma de Neutrófilos
Nitratos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Microbiologia
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/76702
Issue Date: 20-Apr-2023
metadata.dc.description.embargo: 20-Apr-2025
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