Autophagy as a Target for Drug Development Of Skin Infection Caused by Mycobacteria.

Pathogenic mycobacteria species may subvert the innate immune mechanisms and can modulate the activation of cells that cause disease in the skin. Cutaneous mycobacterial infection may present different clinical presentations and it is associated with stigma, deformity, and disability. The understanding of the immunopathogenic mechanisms related to mycobacterial infection in human skin is of pivotal importance to identify targets for new therapeutic strategies. The occurrence of reactional episodes and relapse in leprosy patients, the emergence of resistant mycobacteria strains, and the absence of effective drugs to treat mycobacterial cutaneous infection increased the interest in the development of therapies based on repurposed drugs against mycobacteria. The mechanism of action of many of these therapies evaluated is linked to the activation of autophagy. Autophagy is an evolutionary conserved lysosomal degradation pathway that has been associated with the control of the mycobacterial bacillary load. Here, we review the role of autophagy in the pathogenesis of cutaneous mycobacterial infection and discuss the perspectives of autophagy as a target for drug development and repurposing against cutaneous mycobacterial infection.

Autophagy-Associated IL-15 Production Is Involved in the Pathogenesis of Leprosy Type 1 Reaction.

Leprosy reactional episodes are acute inflammatory events that may occur during the clinical course of the disease. Type 1 reaction (T1R) is associated with an increase in neural damage, and the understanding of the molecular pathways related to T1R onset is pivotal for the development of strategies that may effectively control the reaction. Interferon-gamma (IFN-γ) is a key cytokine associated with T1R onset and is also associated with autophagy induction. Here, we evaluated the modulation of the autophagy pathway in Mycobacterium leprae-stimulated cells in the presence or absence of IFN-γ. We observed that IFN-γ treatment promoted autophagy activation and increased the expression of genes related to the formation of phagosomes, autophagy regulation and function, or lysosomal pathways in M. leprae-stimulated cells. IFN-γ increased interleukin (IL)-15 secretion in M. leprae-stimulated THP-1 cells in a process associated with autophagy activation. We also observed higher IL15 gene expression in multibacillary (MB) patients who later developed T1R during clinical follow-up when compared to MB patients who did not develop the episode. By overlapping gene expression patterns, we observed 13 common elements shared between T1R skin lesion cells and THP-1 cells stimulated with both M. leprae and IFN-γ. Among these genes, the autophagy regulator Translocated Promoter Region, Nuclear Basket Protein (TPR) was significantly increased in T1R cells when compared with non-reactional MB cells. Overall, our results indicate that IFN-γ may induce a TPR-mediated autophagy transcriptional program in M. leprae-stimulated cells similar to that observed in skin cells during T1R by a pathway that involves IL-15 production, suggesting the involvement of this cytokine in the pathogenesis of T1R.

Macrophage Polarization in Leprosy-HIV Co-infected Patients.

In HIV-infected individuals, a paradoxical clinical deterioration may occur in preexisting leprosy when highly active antiretroviral therapy (HAART)-associated reversal reaction (RR) develops. Leprosy-HIV co-infected patients during HAART may present a more severe form of the disease (RR/HIV), but the immune mechanisms related to the pathogenesis of leprosy-HIV co-infection remain unknown. Although the adaptive immune responses have been extensively studied in leprosy-HIV co-infected individuals, recent studies have described that innate immune cells may drive the overall immune responses to mycobacterial antigens. Monocytes are critical to the innate immune system and play an important role in several inflammatory conditions associated with chronic infections. In leprosy, different tissue macrophage phenotypes have been associated with the different clinical forms of the disease, but it is not clear how HIV infection modulates the phenotype of innate immune cells (monocytes or macrophages) during leprosy. In the present study, we investigated the phenotype of monocytes and macrophages in leprosy-HIV co-infected individuals, with or without RR. We did not observe differences between the monocyte profiles in the studied groups; however, analysis of gene expression within the skin lesion cells revealed that the RR/HIV group presents a higher expression of macrophage scavenger receptor 1 (MRS1), CD209 molecule (CD209), vascular endothelial growth factor (VEGF), arginase 2 (ARG2), and peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARG) when compared with the RR group. Our data suggest that different phenotypes of tissue macrophages found in the skin from RR and RR/HIV patients could differentially contribute to the progression of leprosy.

Papel da autofagia da célula hospedeira no controle da carga bacilar em pacientes multibacilares e na patogênese da reação tipo 1 na hanseníase

As reações hansênicas são episódios inflamatórios agudos que podem contribuir para o incremento do dano neural, contribuindo para a ocorrência de deformidades e incapacidades permanentes. O entendimento das vias moleculares relacionadas ao estabelecimento dos episódios reacionais é fundamental para o desenvolvimento de estratégias que possam efetivamente controlar a reação. O interferon-gama (IFN-γ) é uma citocina chave para o estabelecimento da reação tipo 1 (T1R) e está associado à indução de autofagia, um mecanismo de homeostase celular associado com o controle da carga bacilar em macrófagos infectados com Mycobacterium leprae. No presente trabalho, avaliamos a modulação da via de autofagia em células estimuladas por M. leprae na presença ou ausência de IFN-γ. Observamos que o tratamento com IFN-γ promoveu ativação da autofagia e aumentou a expressão de genes relacionados à formação de fagossomos e vias lisossomais. IFN-γ aumentou a secreção de interleucina 15 (IL-15) em células THP-1 estimuladas por M. leprae em um processo associado à ativação da autofagia. Também observamos maior expressão do gene IL15 em pacientes multibacilares (MB) que posteriormente desenvolveram T1R durante o acompanhamento, quando comparados aos pacientes MB que não desenvolveram a reação. Foram observados 13 genes comuns compartilhados entre células de lesão de pele de pacientes T1R e macrófagos THP-1 tratados com M. leprae e IFN-γ. Entre esses genes, a expressão de TPR (­translocated promoter region‖) aumentou significativamente em células T1R quando comparadas às células de pacientes MB. A identificação da autofagia como fator importante durante o estabelecimento das formas resistentes e suscetíveis abre portas para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas de controle da doença através da modulação do fluxo autofágico. Estratégias direcionadas à célula hospedeira, têm sido descritas com relativo sucesso e, a utilização de um fármaco capaz de modular o fluxo autofágico na célula hospedeira, pode ser promissor. Desse modo, avaliamos o papel do verapamil, um bloqueador de canal de cálcio, na indução de autofagia na célula hospedeira e controle da carga bacilar. Vimos que o fármaco induziu a formação de autofagossomos nos macrófagos primários e da linhagem THP-1, bem como, contribuiu para a redução da viabilidade do bacilo em macrófagos THP-1 infectados. Em conjunto, nossos resultados indicam que o IFN-γ é uma citocina chave na imunopatogênese do T1R e está diretamente associado ao controle da carga bacilar em pacientes com hanseníase, possivelmente através da modulação da via autofágica na célula hospedeira, o que contribui para o controle da carga bacilar e que, fármacos com ação pró-autofágica podem ser avaliados como adjuvantes ao esquema poliquimioterápico

Modulação da autofagia mediada pela via de IFN tipo I em macrófagos infectados por micobactérias

Micobactérias patogênicas como o Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) e o Mycobacterium leprae (M. leprae), tem a capacidade de subverter mecanismos microbicidas de macrófagos a partir da permeabilização fagossomal mediada pelo sistema de secreção ESX-1. Uma via de mão dupla é induzida, onde a ativação da sinalização de STING/TBK1/IRF3 leva tanto à modulação positiva de IFN tipo I, favorecendo a infecção, mas também direcionam bactérias para a autofagia mediada por ubiquitinação. A regulação da ativação da via de IFN do tipo I influencia as funções da via de autofagia, reconhecida como um sistema citoplasmático para a eliminação direta de bactérias. Uma proteína chave na autofagia é a parkina, em que o gene PARK2 teve polimorfismos associados com a suscetibilidade à hanseníase, onde se observou que nocautes para o gene não são capazes de induzir o processo e ativar a resposta microbicida. Nossos dados sugerem que a micobactéria não patogênica Mycobacterium smegmatis (Ms) é capaz de modular positivamente a indução de autofagia responsável pelo controle da replicação intracelular bacteriana, onde observa-se o aumento da viabilidade e sobrevivência de Ms no interior dos macrófagos quando a autofagia foi bloqueada Entretanto, o Ms prejudica a indução da via de IFN tipo I na célula hospedeira. Já a micobactéria patogênica M. leprae se mostrou um fraco indutor de genes do complexo autofágico, sendo capaz de modular negativamente a expressão de LC3 nos macrófagos THP-1. No modelo de indução de autofagia através da privação de soro foi observado que o tratamento com IFN\03B2 parece reverter a indução de genes associados a autofagia, bem como o gene PARK2. Entretanto, em nossos experimentos, a indução do transcrito de parkina, bem como a indução da expressão de genes relacionados ao processo autofágico devido a privação de soro, não foram suficientes para aumentar a capacidade microbicida dos macrófagos. Mesmo assim, a viabilidade intracelular do M. leprae foi aumentada na presença de IFN\03B2 recombinante. Também mostramos que o aumento da citocina IL-1\03B2 na infecção pelo M. leprae com o estímulo de IFN\03B2 não foi capaz de conter o crescimento do bacilo. Por fim, não observamos diferença na ativação de parkina por Western Blot na presença ou ausência de soro na infecção pelo M. leprae, o que pode explicar o motivo pelo qual não foi observado diferença na viabilidade do bacilo. Nossos dados sugerem um papel precoce do IFN\03B2 na modulação da autofagia no desfecho da infecção por M. leprae, definindo o balanço fino entre resistência mediada pela ativação de autofagia e susceptibilidade mediada pela ativação de IFN tipo I.