Avaliação do efeito anti-inflamatório de linhagens de Lactococcus lactis pEXU:gdf11 em um modelo murino de mucosite intestinal induzida por 5-fluorouracil
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Anderson Miyoshi
Álvaro Cantini Nunes
Álvaro Cantini Nunes
Resumo
As bactérias láticas são as maiores representantes dos organismos probióticos e a sua utilização
como organismos geneticamente modificados é demostrada por diversos estudos com
abordagens promissoras, sobretudo no tratamento de doenças inflamatórias intestinais. A
bactéria lática modelo Lactococccus lactis dispõe de diversas ferramentas para sua modificação
genética, como sistemas de expressão de proteínas heterólogas e plasmídeos vacinais, e
apresenta vantagens no uso terapêutico para entrega de biomoléculas em tecidos-alvo,
principalmente em mucosas, devido a muitas cepas possuírem propriedades probióticas e serem
consideradas seguras para consumo humano. A mucosite intestinal induzida pelo
quimioterápico 5-fluorouracil (5-FU) é um efeito colateral bastante reportado em pacientes que
passam pelo tratamento quimioterápico, podendo se manifestar nas diferentes porções do Trato
Gastrointestinal (TGI). O intestino delgado é bastante afetado pelo antineoplásico, cujo
principal mecanismo de ação é a inibição da síntese de DNA e RNA, impedindo a divisão
celular e levando à apoptose de células malignas e saudáveis. Além da morte de muitas células
epiteliais, a mucosite intestinal é caracterizada pelo aparecimento de Espécies Reativas de
Oxigênio (ROS) e citocinas da resposta pró-inflamatória, que intensificam as lesões teciduais
sobre a mucosa e promovem disfunções da microbiota comensal. Não há cura para a mucosite
intestinal, mas abordagens terapêuticas e preventivas têm sido alvo de estudos. Na busca por
moléculas recombinantes com potencial terapêutico, estudos reportam a proteína GDF11 com
um papel anti-inflamatório em diversos modelos testados, como artrite reumatoide, psoríase e
Colite Ulcerativa. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo a avaliação do efeito anti inflamatório da proteína recombinante GDF11 utilizando linhagens de L. lactis como veículos
de entrega em um modelo de mucosite intestinal induzida por 5-FU. Para isso, a sequência
codificante de GDF11 foi clonada no vetor de expressão eucariótica pEXU e transformada nas
linhagens L. lactis subsp. lactis NCDO 2118 e L. lactis subsp. cremoris MG1363.
Posteriormente, camundongos BALB/c machos (n=7) receberam as linhagens recombinantes
(109 UFC/mL) por gavagem durante 13 dias, e ao décimo dia receberam uma injeção
intraperitoneal de 5-FU. 72 horas depois, os animais foram eutanasiados e o íleo foi coletado
para análises histolopatológicas, avaliação do infiltrado inflamatório e expressão de genes da
resposta inflamatória. Além disso, o peso corporal e o consumo de água e ração foram avaliados
diariamente. A administração de L. lactis pEXU:gdf11 não reduziu a perda de peso e não teve
efeito sobre o consumo de ração e de água observada nos animais inflamados. Entretanto, a
análise de escore histopatológico revelou um efeito atenuante da linhagem L. lactis NCDO 2118
pEXU:gdf11 sobre a mucosite intestinal, e este efeito também foi observado sobre o infiltrado
inflamatório, com redução da atividade da enzima mieloperoxidase (MPO). Não foram
observados nenhum efeito das linhagens sobre o encurtamento de vilosidades e de criptas nos
animais inflamados. A análise de expressão gênica revelou redução de níveis dos genes das vias
inflamatórias Nfkb e Nlrp3 pelas duas linhagens de L. lactis pEXU:gdf11, enquanto que níveis
de Tnf não foram reduzidos. Observou-se também aumento de Il10 nos grupos que receberam
L. lactis pEXU:gdf11. Por fim, os achados deste trabalho demonstraram que a entrega de
molélulas de DNA codificando a proteína do GDF11 por ambas linhagens de L. lactis foi capaz
de regular a expressão genes com papel inflamatório na patobiologia da mucosite intestinal, e
somente a linhagem NCDO 2118 pEXU:gdf11 teve efeito atenuante sobre as lesões teciduais
da mucosite intestinal induzida por 5-FU. Dessa forma, a utilização desta linhagem
recombinante representa uma potencial alternativa terapêutica para a mucosite intestinal.
Abstract
Lactic Acid Bacteria (LAB) are the main representative species of the probiotic microorganisms
and their use as Genetic Modified Organisms (GMO) has been demonstrated through several
studies showing promising approaches, especially for the treatment of inflammatory diseases
of the Gastrointestinal Tract (GIT). The LAB model Lactococcus lactis displays a myriad of
recombinant genetic tools, such as heterologous expression systems and shuttle vectors,
therefore presenting great advantages on the development of novel therapies based on the
delivery of molecular targets in situ, especially to the mucosa. Moreover, some strains present
probiotic properties and are Generally Recognized as Safe (GRAS). Mucositis is an
inflammatory process of the GIT induced by chemotherapeutic agent 5-fluorouracil (5-FU) as
a side effect often reported in chemotherapy patients. The small bowel is heavily affected by 5-
FU, whose main mechanism of action occurs through blocking DNA and RNA synthesis, hence,
inhibiting cell proliferation and leading to apoptosis of both malignant and healthy cells.
Besides cell death, intestinal mucositis is characterized by a pro-inflammatory response that
leads to generation of Reactive Oxygen Species (ROS) and activation of pro-inflammatory
cytokines, that, in turn, will exacerbate mucosal damage and dysfunction of the gut microbiota.
Currently, there is no cure available for mucositis, although novel alternative therapeutic and
preventive approaches have been glimpsed. In the search for recombinant molecular targets
with anti-inflammatory potential, the GDF11 protein has been reported by previous pre-clinical
studies as a promising candidate for the treatment of other inflammatory conditions such as
rheumatoid arthritis, psoriasis and Ulcerative Colitis. In this context, this work aimed at
investigating the anti-inflammatory effects of GDF11 protein-coded DNA molecules delivered
by L. lactis strains as in a murine intestinal mucositis model induced by 5-FU. To achieve that,
the coding sequence of GDF11 was cloned to eukaryotic expression vector pEXU and
transformed into strains L. lactis subps. lactis NCDO 2118 and L. lactis subsp. cremoris
MG1363. Then, BALB/c male mice (n=7) received recombinant strains via gavage in a daily
rationale during 13 days. On day 10, mice were given an intraperitoneal injection of 5-FU and
72 hours later, animals were euthanized and the ileum was sampled to perform histological
analysis, evaluation of inflammatory infiltrate and evaluation of expression of inflammatory
markers. Besides, body weight and food and water intake were daily assessed. Administration
of recombinant strains of L. lactis pEXU:gdf11 showed no effect on food and water intake as
well as no prevention of body weight loss on animals that received 5-FU. However, mice
receiving L. lactis NCDO 2118 pEXU:gdf11 showed significant attenuation of
histopathological damage specially in reduction of inflammatory infiltrate, despite no effect
was seen on villus and crypt depth shortening. Gene expression analysis revealed the
administration of both recombinant lactococci strains decreased the inflammatory response via
Nlrp3 and NfkB down-regulation, while no decrease was observed in Tnf expression levels.
Moreover, an increase of Il10 levels was also observed on the same groups. Therefore, this
study concludes that GDF11 delivered by L. lactis is able to down-regulate mucositis immune
responses. However, only the recombinant strain L. lactis NCDO 2118 pEXU:gdf11 was
capable of attenuating intestinal damage induced by 5-FU. Hence, this recombinant strain could
be a potential therapeutic alternative for intestinal mucositis.
Assunto
Genética, Mucosite, Inflamação, Fluoruracila, Proteínas recombinantes, Lactococcus lactis
Palavras-chave
Bactérias láticas, Vacinas de DNA, Inflamação intestinal, Proteína recombinante