Caracterização da etose de eosinófilos em doenças eosinofílicas e em resposta à infecção por SARS-CoV-2

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tese de doutorado

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Christianne Bandeira de Melo
Andréa Teixeira de Carvalho
Giselle Santos Magalhães
André Lucas Caldeira Brant de Oliveira

Resumo

Eosinófilos são leucócitos multifuncionais do sistema imune inato tradicionalmente associados à defesa contra infecções parasitárias e à patogênese de doenças alérgicas. No entanto, a complexidade funcional dessas células se estende a inúmeras condições inflamatórias, nas quais há infiltração dessas células com liberação de produtos armazenados em seus grânulos por diversos mecanismos secretores. Um desses mecanismos é a ETose, uma forma de morte celular citolítica resultante da ativação de eosinófilos e que leva à liberação de redes de DNA e grânulos de secreção para o meio extracelular. A ETose de eosinófilos (EETose) tem sido cada vez mais reconhecida em doenças associadas com eosinófilos, mas sua identificação precoce e sua dinâmica in vivo ainda são pouco compreendidas. Além disso, há pouco conhecimento sobre a ocorrência desse processo em infecções virais como a COVID-19, doença causada pelo coronavírus SARS-CoV-2. A variação do número de eosinófilos durante esta enfermidade vem atraindo grande atenção. Esta tese teve como objetivo avaliar o recrutamento e a ativação de eosinófilos, com foco na ETose, durante doenças eosinofílicas humanas e na infecção por SARS-CoV-2. Para isso, utilizamos a Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) para identificar as alterações morfológicas sofridas por eosinófilos em biópsias de pacientes com doenças eosinofílicas (rinossinusite, retocolite ulcerativa, síndrome hipereosinofílica, dermatite e esquistossomose mansoni). Nossos resultados confirmaram que a ETose é um processo dinâmico de morte celular que ocorre frequentemente in vivo. Ao analisar extensas áreas de tecido inflamado (66.000μm²), identificamos, pela primeira vez, a assinatura ultraestrutural da EETose in situ, caracterizando toda a sequência de alterações morfológicas iniciais e tardias desse processo. Além disso, análises de MET quantitativa e tomografia eletrônica para investigar o número, a densidade, a integridade e a estrutura tridimensional das vesículas sombrero de eosinófilos (EoSVs) demonstraram que a EETose leva à liberação dessas vesículas para o meio extracelular. As EoSVs, até então associadas somente ao transporte intracelular de produtos derivados dos grânulos de eosinófilos, são depositadas na matriz extracelular, onde permanecem íntegras após a morte celular, podendo atuar como uma população célula-específica de vesículas extracelulares. A habilidade de eosinófilos humanos em liberar redes de DNA em resposta ao SARS-CoV-2 foi também investigada em um modelo in vitro, com vírus inativado. Demonstramos que eosinófilos respondem rapidamente (1h) ao estímulo viral por meio da liberação de redes de DNA. Por fim, para avaliar a relevância clínica dos eosinófilos, conduzimos um estudo retrospectivo em uma coorte de pacientes hospitalizados pela COVID-19, examinando a dinâmica da contagem de eosinófilos sanguíneos e sua associação com o desfecho da doença. A análise revelou que o aumento na contagem de eosinófilos durante a internação está associado a maiores chances de sobrevivência. Em conjunto, nossos achados identificam a ETose como um mecanismo central na patogênese da inflamação eosinofílica e, possivelmente, na resposta a infecções virais. Identificamos as características da EETose in vivo e reforçamos a natureza secretora da ETose como processo de liberação extracelular de EoSVs íntegras, com implicação na propagação das respostas dos eosinófilos após a morte celular. Nossos dados também indicam a EETose como mecanismo associado à patogênese da COVID-19. A correlação entre o aumento de eosinófilos e a recuperação dos pacientes reforça a sua importância como um biomarcador de prognóstico.

Abstract

Eosinophils are multifunctional leukocytes of the innate immune system traditionally associated with defense against parasitic infections and the pathogenesis of allergic diseases. However, the functional complexity of these cells extends to numerous inflammatory conditions, in which these cells infiltrate tissues and release products stored in their granules through various secretory mechanisms. One such mechanism is ETosis, a form of cytolytic cell death resulting from eosinophil activation, which leads to the release of DNA traps and secretory granules into the extracellular environment. Eosinophil ETosis (EETosis) has been increasingly recognized in eosinophil-associated diseases, but its early identification and in vivo dynamics are still poorly understood. Furthermore, there is limited knowledge about the occurrence of this process in viral infections like COVID-19, a disease caused by the SARS-CoV-2 coronavirus. The variation in eosinophil counts during this illness has attracted significant attention. This thesis aimed to evaluate the recruitment and activation of eosinophils, with a focus on ETosis, during human eosinophilic diseases and in SARSCoV-2 infection. To achieve this, we used Transmission Electron Microscopy (TEM) to identify the morphological changes undergone by eosinophils in biopsies from patients with eosinophilic diseases (rhinosinusitis, ulcerative colitis, hypereosinophilic syndrome, dermatitis, and Schistosoma mansoni infection). Our results confirmed that ETosis is a dynamic process of cell death that frequently occurs in vivo. By analyzing extensive areas of inflamed tissue (66,000μm²), we identified for the first time the ultrastructural signature of EETosis in situ, characterizing the entire sequence of early and late morphological changes of this process. Furthermore, quantitative TEM and electron tomography analyses to investigate the number, density, integrity, and threedimensional structure of eosinophil sombrero vesicles (EoSVs) demonstrated that EETosis leads to the release of these vesicles into the extracellular environment. EoSVs, until now associated only with the intracellular transport of products derived from eosinophil granules, are deposited in the extracellular matrix, where they remain intact after cell death, potentially acting as a cell-specific population of extracellular vesicles. The ability of human eosinophils to release DNA traps in response to SARSCoV-2 was also investigated in an in vitro model using the inactivated virus. We demonstrated that eosinophils respond rapidly (1h) to the viral stimulus by releasing DNA traps. Finally, to evaluate the clinical relevance of eosinophils, we conducted a retrospective study in a cohort of hospitalized COVID-19 patients, examining the dynamics of blood eosinophil counts and their association with disease outcome. The analysis revealed that an increase in the eosinophil count during hospitalization is associated with higher chances of patient survival. Together, our findings identify ETosis as a central mechanism in the pathogenesis of eosinophilic inflammation and, possibly, in the response to viral infections. We identified the characteristics of EETosis in vivo and reinforce the secretory nature of ETosis as a process of extracellular release of intact EoSVs, with implications for the propagation of eosinophil responses after cell death. Our data also indicate EETosis as a mechanism associated with the pathogenesis of COVID-19. The correlation between the increase in eosinophils and patient recovery reinforces their importance as a prognostic biomarker

Assunto

Biologia Celular, Morte Celular, Microscopia Eletrônica de Transmissão, COVID-19

Palavras-chave

secreção celular, morte celular, microscopia eletrônica de transmissão, ETose, COVID-19

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