Involvement of Socs1/Socs3 balance in the Tlr4-mediated immunosuppressive properties of MSCs

Originalmente, las Células Madre Mesenquimales (MSCs) se distinguían por su alto potencial regenerativo. El descubrimiento de que las MSCs también tienen la capacidad de inhibir la proliferación de células T desplazó el interés de los clínicos hacia su capacidad inmunosupresora. Waterman y colaboradores y luego nuestro grupo describió dos fenotipos diferentes para MSCs dependiendo de cuál TLR fuese activado. Por un lado, las MSCs tipo 1 (MSC1), dotadas de un fenotipo proinflamatorio después de una corta activación del TLR4 con LPS. Por el contrario, el fenotipo antiinflamatorio de las MSCs tipo 2 (MSC2) fue consignado por la activación corta de TLR3 con Poli (I:C). Este fenotipo dual se había descrito previamente en otros diferentes tipos de células del sistema inmunológico; como linfocitos, células dendríticas y macrófagos entre otros. Se ha propuesto que la adquisición de un fenotipo pro- o antiinflamatorio depende del tipo, concentración y duración del estímulo. Queda abierta la pregunta de cómo responden exactamente las MSCs a un mismo estímulo inflamatorio a diferentes tiempos de exposición.
En la primera parte de este estudio, investigamos la capacidad del LPS para modular la capacidad inmunosupresora de las MSCs, demostrando que dependiendo de la duración del estímulo con LPS, es posible generar ambos fenotipos en las MSCs murinas: MSC1 y MSC2. Demostramos que la estimulación prolongada de las MSCs murinas con LPS exhibía un mayor potencial inmunosupresor, ya que mostraba una mayor capacidad para inhibir la proliferación de células T in vitro y mayor secreción de Óxido Nítrico, lo cual se traduce en un mayor potencial terapéutico in vivo en el modelo EAE. Nuestro objetivo final es encontrar una firma molecular para las MSCs que nos permita distinguir entre un fenotipo proinflamatorio, MSC1 y un fenotipo antiinflamatorio, MSC2.
La segunda parte de esta tesis se centró en un meta-análisis de expresión génica diferencial utilizando un conjunto de datos transcriptómicos disponibles públicamente en la red, asociados a macrófagos polarizados a M1, que utilizaban protocolos basados en la estimulación con LPS. Encontramos 20 genes comúnmente sobreexpresados en macrófagos con un fenotipo proinflamatorio, M1. El Supresor de la Señalización de Citoquinas (SOCS) 3 constantemente aparecía sobreexpresado de manera diferencial en las bases de datos en las macrófagos M1. Además, la expresión de Nos2 también estaba presente entre los 20 genes sobreexpresados en macrófagos M1.Por lo tanto, parece factible que la firma molecular encontrada para los macrófagos M1 pueda extrapolarse para discriminar entre MSC1 y MSC2 debido a la estrecha relación biológica que existe entre TLR4/LPS, NOS2 y SOCS3 en ambos tipos celulares. Además, parece que estas moléculas participan estrechamente en los procesos biológicos asociados a la respuesta inmunológica inflamatoria y su expresión está relacionada funcionalmente. Demostramos que las MSCs murinas expresan SOCS1 y SOCS3 y que su expresión fue regulada por el LPS y también por citoquinas como IFN, TNF  e IL1. La tercera parte de esta tesis se centró en la búsqueda de una firma de expresión génica en las MSCs humanas licenciadas con citoquinas proinflamatorias. Observamos que las MSCs humanas con un fenotipo inmunosupresor exacerbado expresan mayores niveles de SOCS1 y SOCS3 y esto se asoció a una mayor expresión de IDO1, molécula inmunosupresora esencial para inducir una potente capacidad inmunosupresora en las hMSCs. Finalmente, el análisis in silico de datos GEO (Gene Expression Omnibus) de MSCs humanas mediante el meta-análisis de la expresión diferencial y otras herramientas bioinformáticas demostraron principalmente la sobreexpresión de estos genes estaban asociados a la modulación de la respuesta inmune. Identificamos tres grupos diferentes de muestras en el conjunto de datos de hMSC licenciadas. Estos se distinguieron por el grado de expresión del gen IDO1. El análisis de ontología génica mostró que los genes asociados con la quimiotaxis fueron los más destacados. Luego, demostramos que las hMSC expresan SOCS3, tanto a nivel de ARN y como de proteínas, los que se vieron aumentados en un ambiente proinflamatorio. Además, esta alta expresión de SOCS3 se correlaciona con una mayor expresión de factores inmunosupresores como IDO1, TSG6 entre otros y por la mayor capacidad de inhibir la proliferación de células T in vitro.
En esta tesis, demostramos que luego de un solo estímulo como el LPS, dependiendo del tiempo de estimulación se inducía un fenotipo proinflamatorio, MSC1 o un fenotipo antiinflamatorio MSC2. La estimulación corta con LPS indujo un fenotipo MSC1, contrario al estímulo largo con LPS que indujo un fenotipo de MSC2. Luego, demostramos que las MSCs murinas expresan SOCS1 y SOCS3 y su expresión es modulada luego de la activación de TLR4. Estos resultados divergen hacia un papel de SOCS3 en el gobierno de la polarización de las MSC hacia un fenotipo de MSC1 o MSC2. Es importante completar el perfil de la firma molecular en las MSCs que nos permite distinguir claramente entre un fenotipo y otro (MSC1 vs. MSC2).