La interleuquina-6 del sistema nervioso central controla la neuroinflamación. Estudio realizado en modelos de ratón de esclerosis múltiple y traumatismo craneoencefálico

Abstract

La Interleuquina-6 (IL-6) és una citoquina pleiotròpica relacionada amb un gran nombre de funcions fisiològiques i que juga un paper crític en condicions inflamatòries agudes, com després d’un traumatisme cranioencefàlic (TC), i cròniques, com l’esclerosi múltiple. En un model de TC com és la criolesió de l’escorça frontoparietal, els ratolins deficients totals de Il6 (IL-6 KO) mostren una resposta inflamatòria compromesa en comparació als seus controls. D’altra banda, en l’encefalomielitis autoimmune experimental (EAE), un dels models de ratolí d’esclerosi múltiple més utilitzat, els ratolins IL-6 KO són resistents.

La IL-6 és produïda per múltiples cèl·lules perifèriques i del sistema nerviós central (SNC) com neurones, astròcits i microglia. No obstant, el paper específic de la IL-6 del SNC en els diferents contextos neuroinflamatoris és poc conegut. Per aquesta raó, hem generat ratolins deficients de Il6 astrocitària, neuronal i microglial després de creuar ratolins floxats de Il6 amb ratolins en els quals l’expressió de la recombinasa Cre està controlada pel promotor de la Proteïna àcida fibril·lar glial (Gfap-Cre), la Sinapsina-1 (Syn1-Cre) i el Receptor-1 de la quimioquina CX3C (Cx3cr1CreER), respectivament, per després criolesionar-los a l’escorça frontoparietal i/o inmunizar-los amb el fragment dels aminoàcids 35-55 de la glicoproteïna de mielina d’oligodendròcits (MOG35-55). Atès que el ratolí Cx3cr1CreER és un model induïble, tots els animals d’estudi van ser tractats amb tamoxifè i els diferents experiments es van iniciar a les 4 setmanes post-tamoxifè, assegurant així que la deficiència de Il6 fos específica de la microglia. A més, hem creat i validat un nou ratolí condicional reversible de IL6 (IL6-DIO-KO), que es caracteritza per la deficiència total de Il6 i per tenir la possibilitat de reactivar l’expressió de Il6 de manera Cre-dependent. En aquesta tesi, hem revertit l’expressió de la Il6 microglial en el nou ratolí deficient d’Il6 i estudiat el seu fenotip amb el model d’EAE.

Els ratolins deficients de Il6 microglial criolesionats van mostrar el perfil transcripcional del còrtex frontoparietal dramàticament alterat a un dia post-lesió. No obstant això, aquests van tenir una resposta glial menys alterada als 3 i 6 dies post-lesió, suggerint que mecanismes compensatoris podrien estar presents. D’altra banda, la deficiència de Il6 en les diferents fonts cel·lulars del parènquima nerviós no van prevenir la inducció de l’EAE; tot i així, els resultats van revelar un efecte cèl·lula- i sexe-depenent. La deficiència de la Il6 astrocitària va reduir els símptomes clínics en femelles, mentre que una tendència es va observar en aquelles deficients de Il6 microglial durant el pic de la malaltia. No obstant això, la deficiència de la Il6 astrocitària i microglial no va afectar al curs clínic en mascles. A més, la deficiència de la Il6 neuronal no va alterar el desenvolupament de la malaltia ni en mascles ni en femelles. D’acord amb els resultats fenotípics, la resposta inflamatòria es va veure alterada per la deficiència de Il6 astrocitària i microglial, i no per la deficiència de Il6 neuronal. Tanmateix, l’expressió únicament de la Il6 microglial va ser suficient per iniciar alguns símptomes de paràlisis lleus i desencadenar una resposta inflamatòria contra el pèptid MOG33-55.

En conjunt, els resultats obtinguts en aquesta tesi doctoral suggereixen que la IL-6 del SNC regula els processos neuroinflamatoris en resposta a la criolesió i a la immunització amb el pèptid MOG33-55 de manera cèl·lula-depenent. Per aquesta raó, l’estudi de la IL-6 secretada per les diferents fonts cel·lulars és essencial per comprendre la complexitat funcional de la IL-6.

La Interleuquina-6 (IL-6) es una citoquina pleiotrópica involucrada en un gran número de funciones fisiológicas y que juega un papel crítico en condiciones inflamatorias agudas, como tras un traumatismo craneoencefálico (TC), y crónicas, como la esclerosis múltiple. En un modelo murino de TC como es la criolesión de la corteza frontoparietal, los ratones deficientes totales de Il6 (IL-6 KO) muestran una respuesta inflamatoria comprometida en comparación a sus controles. Por otro lado, en la encefalomielitis autoinmune experimental (EAE), uno de los modelos murinos de esclerosis múltiple más utilizado, los ratones IL-6 KO son resistentes.

La IL-6 es producida por múltiples células periféricas y del sistema nervioso central (SNC) como neuronas, astrocitos y microglía. No obstante, el papel específico de la IL-6 del SNC en los diferentes contextos neuroinflamatorios dista de ser comprendido. Por esta razón, hemos generado ratones deficientes de Il6 astrocitaria, neuronal y microglial tras cruzar ratones floxados de Il6 con ratones en los que la expresión de la recombinasa Cre está controlada por el promotor de la Proteína ácida fibrilar glial (Gfap-Cre), la Sinapsina-1 (Syn1-Cre) y el Receptor-1 de la quimioquina CX3C (Cx3cr1CreER), respectivamente, para luego criolesionarlos en la corteza frontoparietal y/o inmunizarlos con el fragmento de los aminoácidos 35-55 de la glicoproteína de mielina de oligodendrocitos (MOG35-55). Dado que el ratón Cx3cr1CreER es un modelo inducible, todos los animales de estudio fueron tratados con tamoxifeno y los diferentes experimentos se iniciaron a las 4 semanas post-tamoxifeno, asegurando que la deficiencia de Il6 fuese específica de la microglía. Además, hemos creado y validado un nuevo ratón condicional reversible de Il6 (IL6-DIO-KO), que se caracteriza por la deficiencia total de Il6 y porque la expresión de Il6 puede ser reactivada de manera Cre-dependiente. En esta tesis, hemos revertido la expresión de la Il6 microglial en el nuevo ratón deficiente de Il6 y estudiado su fenotipo con el modelo de EAE.

Los ratones deficientes de Il6 microglial criolesionados mostraron el perfil transcripcional del córtex frontoparietal dramáticamente alterado a un día post-lesión. Sin embargo, éstos tuvieron una respuesta glial menos alterada a los 3 y 6 días post-lesión, sugiriendo que mecanismos compensatorios podrían estar presentes. Por otro lado, la deficiencia de Il6 en las diferentes fuentes celulares del parénquima nervioso no previno la inducción de la EAE; no obstante, los resultados revelaron un efecto célula- y sexo-dependiente. La deficiencia de la Il6 astrocitaria redujo los síntomas clínicos en hembras, mientras que una tendencia se observó en aquéllas deficientes de Il6 microglial durante el pico de la enfermedad. Sin embargo, la deficiencia de la Il6 astrocitaria y microglial no afectó al curso clínico de los machos. Además, la deficiencia de Il6 en neuronas no alteró el desarrollo de la enfermedad ni en machos ni en hembras. En consonancia con los resultados fenotípicos, la respuesta inflamatoria se vio alterada por la deficiencia de Il6 astrocitaria y microglial, y no por la deficiencia de Il6 neuronal. A su vez, la expresión únicamente de la Il6 microglial fue suficiente para iniciar algunos síntomas paralizantes leves y desencadenar una respuesta inflamatoria contra el péptido MOG33-55.

En conjunto, los resultados obtenidos en esta tesis doctoral sugieren que la IL-6 del SNC regula los procesos neuroinflamatorios en respuesta a la criolesión y a la inmunización con péptido MOG33-55 de manera célula-dependiente. Por esta razón, el estudio de la IL-6 secretada por las distintas fuentes celulares es esencial para comprender la complejidad funcional de la IL-6.

Interleukin-6 (IL-6) is a pleiotropic cytokine involved in numerous physiological functions and it plays a critical role in acute, such as traumatic brain injury (TBI), and chronic inflammatory conditions, such as multiple sclerosis. In a mouse model of TBI such as cryolesion of the frontoparietal cortex, total Il6-deficient mice (IL-6 KO) showed a compromised inflammatory response compared to their controls. On the other hand, in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), one of the most commonly used multiple sclerosis mouse models, IL-6 KO mice are resistant.

IL-6 is produced by multiple peripheral and central nervous system cells such as neurons, astrocytes and microglia. However, the specific role of IL-6 derived from CNS in different neuroinflammatory contexts remains poorly understood. For this reason, we have generated astrocyte-, neuron- and microglia-derived Il6-deficient mice by crossing floxed Il6 mice with Cre recombinase mice, in which its expression is regulated by Glial fibrillary acidic protein (Gfap-Cre), Synapsin-1 (Syn1-Cre) and CX3C Chemokine Receptor-1 (Cx3cr1CreER) promoter, respectively. Then, mice were cryolesioned in frontoparietal cortex and/or immunized with myelin oligodendrocyte glycoprotein 35-55 (MOG35-55). Since the Cx3cr1CreER mouse is an inducible model, all derived animals were treated with tamoxifen, and the different experiments were performed 4 weeks after tamoxifen administration, ensuring that Il6 deficiency was specific to microglia. In addition, we have created and validated a new reversible conditional Il6 mouse (IL6-DIO-KO), which is characterized by a total Il6 deficiency and by the fact that Il6 expression can be reverted with cell-specific Cre recombinase. In this dissertation, we have reversed the microglial Il6 expression in the Il6-deficient mouse and studied its phenotype with the EAE model.

Cryolesioned microglial Il6-deficient mice showed the transcriptional profile of the frontoparietal cortex dramatically altered one day after injury. However, they had a less altered glial response at 3 and 6 days post-injury, suggesting that compensatory mechanisms might be present. On the other hand, the Il6 deficiency from the different cellular sources of the nervous parenchyma did not prevent the EAE induction; however, the results revealed a cell-and sex-dependent effect. Astrocytic Il6 deficiency reduced clinical symptoms in females, while a trend was observed in those deficient in microglial Il6 during the disease peak. In contrast, the deficiency in astrocytic and microglial Il6 did not affect the clinical course in males. Moreover, Il6 deficiency in neurons did not alter disease development either in males or in females. In line with the phenotypic results, the inflammatory response was altered by astrocytic and microglial Il6 deficiency, but not by neuronal Il6 deficiency. Furthermore, the recovery of microglial Il6 in total Il6-deficient mice was sufficient to initiate milder paralyzing symptoms and trigger an inflammatory response against the MOG33-55 peptide.

In conclusion, the results obtained in this dissertation suggest that IL-6 derived from CNS regulates neuroinflammatory processes in response to cryolesion and immunization with MOG33-55 peptide in a cell-dependent manner. For this reason, the study of IL-6 secreted by different cellular sources is essential to understand the functional complexity of IL-6.