Characterization of the inter-relationship between Notch and TLR signaling pathways in experimental paracoccidioidomycosis

A paracoccidioidomicose é uma micose sistêmica de natureza profunda que afeta preferencialmente o tecido pulmonar podendo disseminar via linfo-hematogênica para outros órgãos e tecidos, sendo causada principalmente pelo Paracoccidioides brasiliensis, fungo que apresenta dimorfismo térmico. O sistema imune inato mediado por macrófagos é extremamente importante para o controle de infecções e está envolvido na indução e regulação da resposta imune/inflamatória. Estas células são capazes de reconhecer patógenos por meio de receptores de reconhecimento de padrões (PRRs), tais como receptores Toll-like (TLR). Além desses PRRs, recentemente, demonstrou-se a importância da via de sinalização Notch no sistema imune inato e na regulação da atividade dos macrófagos. Nossos dados demonstram que a cepa Pb18 do P. brasiliensis é capaz de ativar o receptor Notch1 em macrófagos J774. A ativação desse receptor concomitante com a ativação de TLR 4 (via LPS) induz a produção de IL-6, e apresenta elevada carga fúngica e menor fagocitose, o que favorece a patogenia. Ao utilizarmos um inibidor farmacológico da γ-secretase (DAPT) para inibir a ativação do receptor Notch1 em macrófagos, é possível observar diminuição da carga fúngica, diminuição de IL-6, aumento de TNF-α e aumento da fagocitose. Entretanto, a ausência do receptor TLR 4 em macrófagos derivados de medula óssea de camundongos TLR 4-/-, na presença de DAPT, percebe-se diminuição da capacidade fagocítica desses macrófagos e também diminuição da carga fúngica, evidenciando a relação entre TLR 4 e Notch1. Em adição, realizamos um tratamento em camundongos BALB/c com DAPT previamente à infecção com Pb18. Nossos resultados evidenciaram que animais com este tratamento apresentaram diminuição da carga fúngica dos pulmões, diminuição de IL-6, ativação de macrófagos e aumento de IgG, após 45 dias de infecção, indicando um perfil de cura desses animais. O mesmo tratamento foi realizado em camundongos BALB/c NUDE, seguido da infecção com Pb18. Nestes animais, verificamos que há maior produção de citocinas pró-inflamatórias no pulmão, aumento de células CD19+ e a carga fúngica dos animais tratados manteve-se similar ao dos animais não tratados, indicando que o perfil protetor observado em animais com DAPT é dependente da resposta das células T. Juntos, esses resultados evidenciam que o Pb18 é capaz de ativar o receptor Notch1 em macrófagos e utiliza a via de sinalização Notch-TLR 4 como um possível mecanismo de escape, podendo fornecer uma nova abordagem de estudo da imunidade envolvida na paracoccidioidomicose experimental.Paracoccidioidomycosis is a systemic mycosis of deep nature that primarily affects the lung and can spread via lymphatic and hematogenous to other organs and tissues. It is mainly caused by Paracoccidioides brasiliensis fungus which exhibit thermal dimorphism. The innate immune system mediated by macrophages is extremely important for the control of infection and is involved in the induction and regulation of immune/inflammatory response. These cells are able to recognize pathogens through pattern recognition receptors (PRRs) such as Toll-like receptors (TLR). Beyond these PRRs, the importance of Notch signaling has recently been demonstrated in the innate immune system and the regulation of macrophage activity. Our data demonstrate that the Pb18 strain of P. brasiliensis is able to activate the Notch1 receptor in J774 macrophages. Activation of this receptor with also activation of TLR 4 (via LPS) induces IL-6 production, induces phagocytosis and decreases fungal burden, which favors the pathogenesis. By using a γ-secretase pharmacological inhibitor (DAPT) for inhibiting the activation of Notch1 receptor on macrophages, it is possible to observe decreased fungal burden, less production of IL-6, and increased TNF-α and phagocytosis. However, due to the absence of TLR 4 receptor in bone marrow derived macrophages from TLR 4-/- mice, these macrophages showed decreased phagocytic ability and also reduced fungal burden in the presence of DAPT, showing a relationship between TLR 4 and Notch1. In addition, we made a treatment with DAPT in BALB/c mice prior to infection with Pb18. And our results showed that DAPT-treated animals exhibited a decrease of fungal burden in the lungs, and a decrease of IL-6. Furthermore, we observed an increase of IgG after 45 days of infection, indicating probably a healing of these animals. Same treatment was made in BALB/c NUDE mice, followed by infection with Pb18. In these animals, we observed an increased production of proinflammatory cytokines in the lung and increased CD19+ cells, but fungal burden was similar in both group (treated and untreated), which indicates that treatment with DAPT is dependent on T cell response. Taken together, these results showed that Pb18 is able to activate the Notch 1 receptor on macrophages and uses the Notch-TLR 4 signaling pathway as a possible escape mechanism, and may provide a new immunity study approach in experimental paracoccidioidomycosis