Estrogens regulate the innate and the adaptive immune response = Regulación de la respuesta inmunitaria innata y adaptativa por los estrógenos

Abstract

Abstract Endocrine disrupting chemicals (EDCs) are a class of heterogeneous chemicals present in the environment that bind to estrogen receptors (ERs) and interfere with the estrogen-dependent control of body homeostasis. In the present thesis, we present evidence that EDCs modulate the immune system of gilthead seabream (Sparus aurata L.) even when exposure to these chemicals has ended. We evaluate the effect of 17α-ethinylestradiol (EE2), a bio-active estrogen used in oral contraceptive pills, and tamoxifen (Tmx), a drug used worldwide for the treatment of ER-positive breast cancer. Both have become a widespread problem in the environment due to their high resistance to degradation. The gilthead seabream is a marine teleost fish of significant economic value in the Mediterranean area and has been extensively used in research as a protandrous hermaphrodite fish. Furthermore, during the development of the thsesis we identified a membrane-anchored receptor called G protein-coupled estrogen receptor (GPER1) in human neutrophils. The thesis was carried out in four stages. First of all, we confirmed that EE2 and Tmx, incorporated in the diet, promote an estrogenic response in adult fish although the effect of Tmx was seen to be much less pronounced. We also investigated the capacity of both compounds to modulate the immune response induced by an antigenic challenge and its capacity to recover its functionality when the treatments ceased. Both EE2 and Tmx transiently inhibited the induction of interleukin-1β (il-1β) gene expression and transiently increased reactive oxygen species (ROS) in head kidney leukocytes from vaccinated fish. Moreover, EE2 and Tmx increased the antibody titer but only the fish exposed to Tmx showed a higher IgM titer and a higher percentage of IgM+B lymphocytes during the recovery period. After observing that EE2 and Tmx affected the immune response of adult specimens, we attempted to ascertain whether these effects are also produced in juveniles. Moreover, it was seen that treatment with G1, a GPER-selective agonist, also altered the immune response of adult specimens. Only EE2 and Tmx differently increased vtg mARN levels during the treatment and the expression returned to basal levels during recovery. Although none of the three compounds affected ROS production, they all inhibited the induction of il1b gene expression after priming. Significantly, Tmx increased the percentage of IgM+ cells in both head kidney and spleen during the recovery period. More importantly, the antibody response of vaccinated fish was modified by the three compounds but the exact effects depended on the time when the immunization was performed. The previous results led us to investigate the influence of EE2 on the innate immune response, focusing on lymphocytes and in the humoral activity when exposure to this EDC ceased. Significantly, EE2 affects the percentage and proliferation of T and IgM+-B lymphocytes. For the first time it was seen that EE2 significantly induces the production of antibodies, an effect mediated through GPER1 signalling pathway. Finally, we functionally characterized GPER1 in human neutrophils. These cells express a functional GPER1 in the plasma membrane and stimulation of the neutrophils with G1 resulted in a dose-dependent increase in transcript levels of CFOS, a marker of GPER1 activation. Besides, G1 significantly primed the production of O2- and drastically altered their gene expression profile. G1 treatment regulated the activation and life span of human neutrophils through several signaling pathways. To sum up, our results show for the first time that GPER1 activation promotes the polarization of human neutrophils towards a pro-inflammatory phenotype and identify GPER1 as a potential therapeutic target in immune diseases where neutrophils play a key role.

Resumen En el transcurso de esta Tesis Doctoral se ha explorado el efecto del 17α-etinilestradiol (EE2) y del tamoxifeno (Tmx) sobre el sistema inmunitario de la dorada (Sparus aurata L.) durante y después de la exposición a estos compuestos. El primero es un estrógeno sintético siendo el principal ingrediente activo de la píldora anticonceptiva, mientras que el Tmx es un modulador selectivo de los receptores de estrógenos con efecto anti-proliferativo en el tejido mamario. Debido al amplio uso y a la incompleta degración, son contaminantes habituales de los medios acuáticos. La dorada es un pez teleósteo marino y una de las especies por excelencia de la acuicultura marina, con un gran valor en la acuicultura mediterránea. Además se ha determinado el papel del receptor de estrógenos asociado a proteína G, GPER1 en la biología de neutrófilos humanos. En primer lugar, hemos evaluado el efecto del EE2 y del Tmx administrados mediante dieta en determinados marcadores de disrupción estrogénica en doradas adultas. Hemos confirmado que el EE2 provoca una respuesta estrogénica y que el Tmx también altera estos marcadores, aunque el efecto fue menos pronunciado. También hemos investigado la capacidad de ambos compuestos de modular la respuesta inmunitaria inducida tras una vacunación así como su capacidad de recuperación tras el cese de la exposición. Los resultados indican que el EE2 y el Tmx inhiben de manera transitoria la inducción de la expresión del gen inteleuquina 1β (IL)-1β e incrementan la producción de intermediarios de oxígeno reactivos (ROIs) en leucocitos de riñón cefálico (RC) de peces vacunados. Por otro lado, el EE2 y el Tmx estimulan la producción de anticuerpos en peces vacunados aunque sólo en los expuestos a Tmx se produjo una alteración del porcentaje de linfocitos (Ly) B inmunoglubulina M positivos (IgM+) en peces durante el periodo de recuperación. Tras observar que el EE2 y el Tmx alteran la respuesta inmunitaria de ejemplares adultos, nos planteamos determinar si estas consecuencias se producen también en juveniles. Además introdujimos el compuesto G1, agonista específico de GPER ya que también altera la respuesta inmunitaria de adultos de dorada. El EE2 y el Tmx, pero no el G1, promueven una respuesta diferente y transitoria en la expresión del gen hepático de la vtg. Aunque estos tres compuestos no afectan la producción de ROIs, provocan la inhibición de la inducción de la expresión del gen il1b, al igual que ocurría en adultos. Destacamos, que a pesar de que el Tmx incrementa el porcentaje de Ly B-IgM+ RC y en bazo durante el periodo de recuperación, la producción de anticuerpos en peces vacunados varía dependiendo del compuesto utilizado y de cuando se produjo la vacunación. Los resultados previos nos llevaron a investigar la influencia del EE2 en la respuesta inmunitaria centrándonos en los Ly y en la actividad humoral tras el cese de la exposición. En concordancia con lo anteriormente observado, el EE2 incrementa la expresión del gen hepático de la vtg. De manera significativa, afecta al porcentaje y a la capacidad de proliferación de los Ly T y B-IgM+. Además, describimos por primera vez que el EE2 induce la producción de anticuerpos y que este efecto está mediado a través de la señalización por GPER1. Finalmente, dado que los estrógenos son capaces de modular funciones de granulocitos en dorada a través de la señalización por GPER, hemos realizado la caracterización funcional de GPER1 en neutrófilos humanos. Estas células expresan GPER1 de manera funcional en la membrana plasmática, ya que tras la activación in vitro con el agonista especígico G1, produjo el incremento de los niveles de transcripción de CFOS, marcador de activación de GPER1. Además incrementa la producción ROIs y altera de manera drástica el perfil de expresión de genes, además de incrementar la viabilidad de neutrófilos humanos a través de diferentes mecanismos de señalización. En definitiva, nuestros resultados muestran por primera vez que la activación de GPER1 produce la polarización de neutrófilos humanos hacia un fenotipo pro-inflamatorio y pone de manifiento la potencia de GPER1 como diana terapéutica en enfermedades inmunitarias en los que los neutrófilos juegan un papel fundamental.