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MÉXICO, D. F. 2011
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD
INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA
MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A
EJERCICIO
T E S I S
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
DIRECTORES DE TESIS
DRA. ETHEL A. GARCÍA LATORRE
DR. RAFAEL CAMPOS RODRÍGUEZ
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
DOCTORADO EN CIENCIAS QUIMICOBIOLÓGICAS
P R E S E N T A
M A R Í A D E J E S Ú S V I L O R I A B E L T R Á N
SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO
ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN
PROGRAMA DE POSGRADO EN CIENCIAS QUIMICOBIOLÓGICAS
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria
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Mary Viloria
AGRADECIMIENTOS
Mil gracias a todas las personas que contribuyeron a la culminación
de mis estudios de doctorado, y a las que hicieron agradable mi
estancia en la Escuela Superior de Medicina.
DRA. ETHEL GARCÍA LATORRE, gracias por haberme aceptado en el
posgrado a pesar de las circunstancias, gracias por permitirme
cambiar de proyecto, gracias por sus consejos y, en especial,
gracias por todo su apoyo y comprensión.
DR. RAFAEL CAMPOS RODRÍGUEZ, gracias por darme la libertad de
pensar, decir, hacer y escribir lo que creí conveniente. Gracias por
compartir sus conocimientos conmigo, gracias por darme su punto
de vista respetando el mío, gracias por las discusiones que, además
de divertidas, fueron muy enriquecedoras, y gracias por su
paciencia.
DR. PEDRO LÓPEZ SÁNCHEZ, gracias por abrirme las puertas de su
laboratorio para estandarizar el Western Blot, gracias también por las
horas de trabajo y por toooooodas las horas de psicoterapia!
Q. F. B. TERESITA CRUZ HERNÁNDEZ, gracias por tu asesoría en las
técnicas de Biología Molecular y gracias por la compañía en las
tardes-noches de trabajo en el laboratorio.
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DR. ALEXANDER KORMANOVSKY, gracias por su colaboración en la
cuantificación de las hormonas, y gracias también por las donas, los
cuernitos, el café, las galletas, los pasteles...
A todos los compañeros del laboratorio GLORIA, MONTSE, MARTÍN,
PABLO N, PABLO B, TONY, LUZ, ELIA, ELISA... espero que no me falte
alguno... gracias por aguantar mis gritos, obsesiones y berrinches, y
gracias también por alegrar mis días.
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ÍNDICE GENERAL
ABREVIATURAS ........................................................................................... i
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................... ii
ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................... ii
RESUMEN .................................................................................................... iii
ABSTRACT ................................................................................................. iv
I.- INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1
ANTECEDENTES ........................................................................................... 7
JUSTIFICACIÓN .......................................................................................... 9
HIPÓTESIS ……............................................................................................ 9
OBJETIVOS .................................................................................................. 10
II.- MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... 11
ANIMALES ............................................................................................. 12
PROTOCOLO DE ENTRENAMIENTO ...................................................... 12
OBTENCIÓN DE MATERIAL BIOLÓGICO ............................................... 13
CUANTIFICACIÓN DE CORTICOSTERONA Y NOREPINEFRINA .............. 14
ELISA PARA LA DETERMINACIÓN DE S-IgA........................................ 14
EXPRESIÓN DE CITOCINAS Y MOLÉCULAS DE INMUNIDAD INNATA POR
PCR EN TIEMPO REAL ................................................................... 15
WESTERN BLOT ..................................................................................... 16
III.- RESULTADOS ............................................................................................. 18
MOLÉCULAS DE INMUNIDAD INNATA .................................................. 19
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S-IgA ................................................................................................... 20
CADENA α, CADENA J Y pIgR .......................................................... 21
EXPRESIÓN DE CITOCINAS ................................................................... 21
CUANTIFICACIÓN DE HORMONAS .................................................... 24
IV.-DISCUSIÓN ............................................................................................... 25
V.- CONCLUSIONES ......................................................................................... 29
VI.-BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 31
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i
ABREVIATURAS
BALT Tejido linfoide asociado a bronquios
ELISA Inmunoensayo enzimático
GALT Tejido linfoide asociado al tracto gastrointestinal
Ig Inmunoglobulina
IL Interleucina
LPS Lipopolisacárido
MALT Tejido linfoide asociado a mucosas
NALT Tejido linfoide asociado a nasofaringe
PAMP Patrones moleculares asociados a patógenos
PBS Solución reguladora de fosfatos
PCR Reacción en cadena de la polimerasa
pIgA IgA polimérica
pIgR Receptor de inmunoglobulina polimérica
PRR Receptores de reconocimiento de PAMPS
RT-PCR PCR con transcriptasa reversa
S-IgA IgA secretoria
TLR Receptor Tipo Toll
Tregs Células T reguladoras
WB Western Blot
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ii
RELACIÓN DE FIGURAS
FIGURA 1.- Expresión relativa de mRNA de moléculas de
inmunidad innata
FIGURA 2.- Cuantificación de S-IgA en lavados intestinales
FIGURA 3.- Expresión relativa de mRNA de cadena α, cadena
J y pIgR
FIGURA 4.- Expresión relativa de las proteínas cadena α,
cadena J y pIgR
FIGURA 5.- Expresión relativa de mRNA de citocinas de
inmunidad innata
FIGURA 6.- Expresión relativa de mRNA de citocinas de
inmunidad adaptativa
TABLAS
TABLA 1.- Primers utilizados para la PCR en tiempo real
TABLA 2.- Concentraciones plasmáticas de corticosterona y
norepinefrina
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iii
RESUMEN
El propósito de este trabajo fue determinar el efecto del ejercicio
moderado sobre la producción y secreción de IgA en el duodeno de
ratones, así como también el efecto sobre la expresión de los genes que
codifican para moléculas de inmunidad innata y sobre las citocinas que
regulan la síntesis tanto de la cadena α como del pIgR. Se utilizaron ratones
macho de la cepa Balb/c distribuidos en 2 grupos, uno sedentario y el otro
fue sometido a un programa de ejercicio (natación) durante 16 semanas.
Los niveles de IgA en la luz del duodeno fueron medidos por ELISA; la
expresión génica fue analizada por PCR en tiempo real y la expresión de
proteínas por Western Blot. El entrenamiento físico provocó un aumento en
los niveles de IgA, así como en la expresión de las moléculas de inmunidad
innata α-defensina, lisozima y fosfolipasa. Además, el ejercicio incrementó
la expresión de los genes que codifican para IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α y TGF-β,
citocinas que regulan la síntesis de IgA y de pIgR, la respuesta inflamatoria
y la respuesta inmunológica en general. Entonces, el incremento de IgA
encontrado en la luz del duodeno se debe, probablemente, al aumento
en la producción de IgA y al incremento en el transporte de complejos
pIgA-pIgR a través de las células epiteliales.
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iv
ABSTRACT
The aim of the present study was to determine the effect of
moderate exercise on the production and secretion of IgA in mouse
duodenum and on gene expression encoding for innate immunity
molecules and cytokines that regulate the synthesis of α-chain of IgA
and the expression of pIgR in the lamina propria. Two groups of
young Balb/c mice were fed ad libitum, one sedentary and the other
with an exercise program (swimming) for 16 weeks. IgA levels in the
duodenum were quantified by ELISA; gene expression was analyzed
by real-time PCR, and the expression of proteins by Western blotting.
Because of physical training, in the duodenum there was an increase
in the levels of IgA, defensins, lysozime and phospholipase.
Additionally, exercise increased the expression of the genes
encoding for IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α and TGF-β, cytokines that regulate
the synthesis of IgA and pIgR, the inflammatory response, and the
immune response in the intestine. Thus, the increased IgA found in the
duodenal lumen is probably due to the increased production of IgA
in the LP and the increased transport of the pIgA-pIgR complex
across epithelial cells.
INTRODUCCIÓN
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Mary Viloria 2
INTRODUCCIÓN
Las mucosas han desarrollado un aparato inmune grande y
complejo que es anatómica y funcionalmente diferente al resto del
sistema inmunológico, formando una red denominada tejido linfoide
asociado a mucosas (MALT, por sus siglas en inglés) (Lycke, 2002).
El MALT comprende elementos linfoides asociados con las
superficies internas del cuerpo como son el tejido linfoide asociado al
tracto gastrointestinal (GALT, por sus siglas en inglés), el tejido linfoide
asociado a los bronquios y a la nasofaringe (BALT y NALT
respectivamente) (Bienenstock & McDermott, 2005) y el tejido linfoide
asociado al tracto urogenital (Wira et al, 2005); además incluye
glándulas de secreción exócrina que están ligadas a estos órganos,
como las glándulas salivales, lagrimales, mamarias y el páncreas
(Lycke, 2002).
El intestino no es sólo un lugar de transporte y absorción de
alimentos, al ser la superficie más vulnerable del cuerpo que
interactúa con el ambiente externo, representa también una barrera
inmunológica. Estas funciones de barrera y transporte, aunque
contradictorias, pueden llevarse a cabo debido a la polarización del
epitelio intestinal y a la heterogeneidad tanto axial (del duodeno al
colon), como vertical (de la vellosidad a la cripta). La regionalización
de las funciones de transporte está altamente regulada por los
sistemas neuronal, parácrino, endócrino e inmunológico (Field, 2003;
Sellin, 2003).
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Si el intestino estableciera respuestas inmunológicas dirigidas
contra lo “no propio”, como pasa en los mecanismos inmunológicos
sistémicos, las consecuencias serían desastrosas. En términos estrictos
la tolerancia oral es “una forma de tolerancia periférica donde los
linfocitos maduros presentes en ganglios periféricos no responden a
antígenos previamente administrados por vía oral” (Strobel & Mowat,
1998). Nuestra dieta contiene una gran cantidad de moléculas que
continuamente pasan intactas a la circulación general, de tal manera
que el intestino tiene que impedir una respuesta inmunológica
sistémica contra antígenos alimenticios y, al mismo tiempo, tiene que
ignorar —inmunológicamente hablando— la presencia de
microorganismos comensales, pero debe de ser capaz de reconocer
y eliminar sustancias y microorganismos patógenos.
La primera línea de defensa en el GALT la proporciona el moco
presente entre los enterocitos y la luz del intestino (Cario et al, 2002).
Curiosamente, esta barrera provee también de los nutrientes que
permiten el asentamiento de la flora bacteriana necesaria para resistir
la colonización por microorganismos patógenos (Deplancke &
Gaskins, 2001; Bourlioux et al, 2003; Nagler-Anderson, 2001). Está
constituida por diversos tipos de mucinas cuyas proporciones varían
de acuerdo a los microorganismos presentes en la luz intestinal
(Deplancke & Gaskins, 2001). También contiene enzimas bacteriolíticas
como la lisozima y la fosfolipasa A2, así como péptidos
antimicrobianos como las α-defensinas (Müller et al, 2005).
Los mecanismos de inmunidad innata pueden impedir el paso
de los microorganismos comensales a la lámina propia, restringiendo
su localización a la luz del intestino. Ocasionalmente pueden traspasar
la capa de enterocitos a través de las células M o las dendríticas sin
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que esto represente daño al hospedero (Mach et al, 2005). En la
lámina propia residen abundantes macrófagos capaces de
reconocer, fagocitar y matar microorganismos, por pertenecer a un
fenotipo diferente [ausencia del receptor para lipopolisacárido (LPS),
ausencia de estallido respiratorio, producción nula de citocinas, etc.]
son incapaces de presentar antígenos y de disparar respuestas
inflamatorias locales, manifestándose lo que se conoce como anergia
inflamatoria (Smith et al, 2005).
La decisión de montar o no una respuesta adaptativa depende
de la forma cómo un antígeno logre accesar a la lámina propia: los
patógenos invasivos rompen la capa epitelial (Mayer, 2003). La
respuesta adaptativa inicia con la inducción de la expresión de
moléculas coestimuladoras en las células dendríticas inmaduras, al
cambiar su fenotipo adquieren la capacidad de activar a los linfocitos
T. Las células dendríticas pueden madurar mediante 2 mecanismos:
1. Por interacción entre los Patrones Moleculares Asociados a Patógenos
(PAMPS) y los Receptores de Reconocimiento de PAMPS (PRR), como
los Receptores Tipo Toll (TLR) (Nagler-Anderson, 2001)
2. Por citocinas proinflamatorias producidas por enterocitos que hayan
interactuado con microorganismos también a través de TLR’s o que se
encuentren bajo estrés por infección (Kelsall & Leon, 2005).
La inflamación es una respuesta fisiológica que, probablemente,
haya evolucionado como una adaptación para restablecer la
homeostasia después de un daño tisular. Como no discrimina entre
microorganismos y células propias, generalmente hay daños
colaterales que no son graves gracias a que se resuelve rápidamente
(Medzhitov, 2008). Si hay fallas en los mecanismos de regulación y
desbalance de citocinas pro y anti-inflamatorias, la inflamación
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puede volverse crónica, provocando la destrucción del epitelio
intestinal (Monteleone et al, 2002; Sanchez-Muñoz et al, 2008).
La enorme carga antigénica que recibe el intestino requiere de
abundante producción de anticuerpos que lo provean de un sistema
de combate no inflamatorio (Shroff et al, 1995). Mientras el isotipo IgG
activa complemento y origina una respuesta inflamatoria, la IgA
presenta propiedades antiinflamatorias que impiden que la integridad
de la mucosa se vea alterada. La S-IgA tiene la capacidad de
neutralizar la actividad biológica de toxinas, enzimas y virus, la
neutralización de estos últimos no sólo ocurre en la luz intestinal, sino
también en el interior de los enterocitos (Mazanec et al, 1992).
En lo que se lleva a cabo una respuesta adaptativa primaria
contra un patógeno, los sistemas nervioso y endócrino son vitales para
el desalojo inespecífico del contenido intestinal (Lundgren, 2004). La
inducción de vómito, el aumento de secreciones y los cambios en la
motilidad intestinal, aseguran un lavado completo del intestino (Field,
2003; Spiller, 2002). Algunas citocinas como IL-1β, IL-6 y TNF-α llegan al
cerebro provocando cambios en el comportamiento del individuo
tales como anorexia y aversión a ingerir el alimento que el sistema
nervioso asocia como causante del vómito (Holzer et al, 2001).
Mientras todo esto ocurre se generan diversos tipos de células T
reguladoras (Tregs) capaces de moderar la intensidad de la respuesta
inmunológica y evitar así daño al hospedero (Faria & Weiner, 2005). En
modelos animales donde las Tregs están ausentes o no son
funcionales, se generan estados de inflamación intestinal crónica
similares a la colitis ulcerativa y a la enfermedad de Crohn en el ser
humano (Elson et al, 2005). La etiología de estos dos padecimientos
aún no se ha esclarecido pero, además de las fallas en los
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mecanismos de regulación del sistema inmunológico, están
involucrados diversos mecanismos de la inmunidad innata, factores
ambientales, genéticos y microbiológicos (Sartor, 2006).
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ANTECEDENTES
La actividad física es un proceso complicado que requiere de
una serie de interacciones entre varios sistemas corporales. Activa al
sistema nervioso simpático y al eje hipotálamo-hipófisis-adrenal, con la
consecuente liberación de catecolaminas y glucocorticoides,
respectivamente (Kregel, 2006; Wilmore & Costill, 2007; Irwin, 2008).
Estos cambios fisiológicos se denominan “estrés” y son un intento
normal del cuerpo para mantener o restaurar la homeostasia y
asegurar la supervivencia del organismo (Prasanta, 1998; McEwen,
1998).
Una respuesta provocada por cualquier agente estresante es
sostenida por un tiempo y luego desaparece, el resultado es un
organismo más adaptado, de tal manera que el mismo agente no
volverá a disparar una respuesta estresante (McEwen, 1998). Así, los
sistemas corporales reaccionan de forma diferente ante una serie de
ejercicio extenuante (reacción aguda) y ante un entrenamiento a
largo plazo (adaptación crónica) (Wilmore & Costill, 2007).
La evidencia clínica y experimental sugiere que el estrés
desempeña un papel prominente en la patofisiología y la
presentación clínica de las enfermedades inflamatorias del intestino,
es decir, el estrés exacerba la inflamación (Mawdsley & Rampton,
2005; Collins, 2001); sin embargo, comúnmente se acepta que
cualquier tipo de estrés provoca supresión de la respuesta
inmunológica debido a la liberación de glucocorticoides. La relación
entre estrés e inmunosupresión data de la década de los 80’s, cuando
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se medían solamente parámetros de inmunidad sistémica adaptativa
como proliferación de linfocitos y concentraciones plasmáticas de
anticuerpos (Fleshner & Laudenslager, 2004). Estudios más recientes
proponen que el estrés activa algunos mecanismos del sistema
inmunológico, dependiendo del grado y de la duración de la
exposición (Prasanta, 1998; McEwen, 1998; Fleshner & Laudenslager,
2004; Solomon, 2001; García-Bueno & Leza, 2008).
Recientemente, en el laboratorio se ha demostrado que el
estrés por inmovilización afecta los niveles intestinales de IgA (Jarillo-
Luna et al, 2007), así como la población de linfocitos intraepiteliales de
la mucosa duodenal de los ratones (Jarillo-Luna et al, 2008). Algunos
investigadores han examinado la relación entre S-IgA en saliva y
condiciones estresantes, tales como ejercicio intenso, estado de
humor y exámenes académicos, con resultados contradictorios,
algunos estudios muestran disminución de S-IgA mientras que otros,
aumento o ningún cambio (Mackinnon, 1999).
Por otra parte, diversos estudios han analizado el efecto del
ejercicio intenso sobre diversas poblaciones celulares como
macrófagos peritoneales (Ortega et al, 1993) y linfocitos intestinales
(Hoffman-Goetz & Quadrilatero, 2003; Hoffman-Goetz et al, 2004;
Marra et al, 2005). Sin embargo, poco se sabe del efecto del ejercicio
en la expresión de citocinas y moléculas de inmunidad innata en el
GALT.
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JUSTIFICACIÓN
La adaptación al ejercicio crónico tiene efectos benéficos
sobre la salud y la esperanza de vida. Produce cambios en la
composición corporal, el metabolismo, en sistema cardiovascular
(Warburton et al, 2006), y se le atribuyen propiedades antiinflamatorias
(Petersen & Pedersen, 2005). Activa los sistemas de reparación de DNA
y la resistencia contra el estrés oxidativo, mientras que el ejercicio
extenuante genera estrés oxidativo (Navarro & Boveris, 2007). Sin
embargo, los efectos del ejercicio sobre el sistema inmunológico de la
mucosa intestinal no se han explorado detalladamente.
HIPÓTESIS
“El ejercicio moderado incrementa los mecanismos de protección en
la mucosa del intestino proximal”.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Estudiar los cambios en la expresión de moléculas de inmunidad
innata, S-IgA y citocinas en la mucosa del intestino proximal debido al
ejercicio.
OBJETIVOS PARTICULARES
1. Determinar la influencia del ejercicio sobre la expresión de las
moléculas de inmunidad innata defensina-α, lisozima, fosfolipasa A2 y
TLR4 en la mucosa del intestino proximal de ratón.
2. Determinar la influencia del ejercicio sobre la secreción de S-IgA hacia
la luz del intestino proximal, así como de las moléculas involucradas en
su formación: Cadena α, Cadena J y pIgR.
3. Determinar la influencia del ejercicio sobre expresión de las citocinas
IL2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12, IFN-γ, TNF-α y TGF-β.
4. Determinar la concentración plasmática de corticosterona y
norepinefrina en ratones entrenados y sedentarios.
MATERIALES Y
MÉTODOS
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MATERIALES Y MÉTODOS
ANIMALES
Se utilizaron ratones machos de la cepa Balb/c obtenidos de Harlan
Sprague Dawley Inc. y se distribuyeron en 2 grupos: sedentarios y
entrenados, con 6 ratones cada uno. Los ratones se adquirieron recién
destetados (edad de 21 días) y se mantuvieron en el bioterio de la
ESM hasta su sacrificio a las 27 semanas de edad. Recibieron una
dieta balanceada NIH-31 y agua potable ad libitum, permanecieron
en jaulas individuales con ciclos de luz-oscuridad de 12 horas (las luces
se encienden a las 8:00 a.m.). Se les permitió adaptarse a estas
condiciones durante 5 semanas antes de iniciar el entrenamiento.
PROTOCOLO DE ENTRENAMIENTO
Se eligió la natación como modelo de ejercicio con sesiones de 60
minutos 3 veces por semana, durante 4 meses, en condiciones que
redujeran al máximo la posibilidad de estrés. Los ratones no se
trasladaron a otra habitación para las sesiones de nado.
Se diseñaron tinas de plástico transparente de 1x0.8m, lo que permitía
a los ratones ver hacia el exterior y orientarse. Se utilizaron separadores
para formar compartimentos individuales de 0.25x0. 26m (12 en cada
tina) con una profundidad de 0.40m, la distancia de la superficie del
agua al límite superior de los separadores fue de 0.10m. El hecho de
nadar en compartimientos separados impedía que los ratones se
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montaran unos encima de otros. La temperatura del agua se mantuvo
entre 30 y 32°C y, después de cada sesión, los ratones se secaron con
una toalla para impedir que descendiera su temperatura corporal.
El entrenamiento para el nado inició con un periodo de adaptación a
las 9 semanas de edad. La primera sesión fue de 10 minutos y
diariamente se fueron incrementando 5 minutos, de tal manera que al
quinto día nadaron 30 minutos. Se les permitió descansar dos días
para continuar con sesiones diarias de 30 minutos durante 5 días de la
semana 10 de vida. Nuevamente descansaron 2 días y, a partir de la
semana 11 de vida y hasta la 26, los ratones nadaron 60 minutos tres
veces por semana (Kregel, 2006).
OBTENCIÓN DE MATERIAL BIOLÓGICO
A los 2 grupos de ratones se les retiró el alimento a las 7:00 a.m. del
primer día de la semana 27 de edad, a la 1 p.m. se anestesiaron con
éter etílico y se les extrajo la sangre por punción cardiaca. Se separó
el plasma y se congeló a -80°C hasta su uso.
Inmediatamente después de que los ratones murieron, se les retiró el
intestino delgado, se seleccionó la porción proximal y se lavó con PBS
frío. Al lavado se le adicionó un cocktail de inhibidor de proteasas
(“complete mini” de Roche, cat. 11836153001), se centrifugó durante
10 minutos a 1,500 rpm y se colectó el sobrenadante, el cual se
almacenó en alícuotas a -80°C.
Una vez lavado el segmento proximal se abrió y se raspó con un
cubreobjetos para obtener la mucosa, se colocó en tubos eppendorf
de 1.5 mL con y sin inhibidores de proteasas (para WB y PCR
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respectivamente) y se congelaron inmediatamente en nitrógeno
líquido. Las muestras se almacenaron a -80°C hasta su uso.
CUANTIFICACIÓN DE CORTICOSTERONA Y NOREPINEFRINA
Las concentraciones plasmáticas de corticosterona y norepinefrina se
determinaron mediante los kits comerciales “Costicosterone assay
ELISA kit” (Assay designs, Cat. no 901-097) y “Epinephrine assay ELISA
kit” (Alpco Immunoassays, cat. No. 17-Epihu-E01). Las concentraciones
de ambas hormonas se calcularon a partir de una curva de
calibración y se expresaron en nanogramos por mililitro.
ELISA PARA LA DETERMINACIÓN DE S-IgA
La determinación del nivel de S-IgA en el lavado intestinal se realizó
mediante la técnica de ELISA. Para ello, se sensibilizaron placas de 96
pozos con anticuerpo de conejo anti-IgA de ratón, durante 1h a 37˚C.
El bloqueo se realizó a 37˚C por 2 h con leche descremada al 3%.
Después se incubaron, a 37˚C por 1h, 100 μL/pozo de cada muestra
en dilución 1:2. Posteriormente se incubó con un anticuerpo
peroxidado de cabra anti-IgA de ratón a 37°C por 1 h.
La reacción se reveló incubando las placas 20 min a temperatura
ambiente y en oscuridad con una solución de ortofenilendiamina
(0.4mg/mL) y peróxido de hidrógeno (0.03%) en regulador de citratos
(pH 5). Después de cada una de las incubaciones se eliminó el exceso
de reactivo lavando los pozos 5 veces con PBS-tween. La reacción se
cuantificó en un lector de ELISA a 492 nm.
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 15
EXPRESIÓN DE CITOCINAS Y MOLÉCULAS DE INMUNIDA INNATA POR
PCR EN TIEMPO REAL
Las muestras almacenadas sin inhibidor de proteasas se sumergieron
varias veces en nitrógeno líquido, alternando unos segundos a
temperatura ambiente para asegurar la lisis celular sin degradación
de mRNA. Estando la muestra congelada se le adicionó Trizol®, se
homogenizó y se extrajo el mRNA siguiendo las indicaciones del
fabricante (Tri Reagent, technical Bulletin MB-205, 1999). El mRNA se
resuspendió en H2O DEPC, se calentó 25 minutos en baño a 55°C e
inmediatamente después se colocó en hielo, se tomó una alícuota
para cuantificar y el resto se almacenó a -80°C.
Una vez cuantificado se realizó la RT-PCR (reacción en cadena de la
polimerasa con transcriptasa reversa) con iniciadores inespecíficos
(random primers), utilizando el kit comercial “Reverse Transcriptase 1st
Strand cDNA Synthesis Kit” (Epicentre cat. MM070150). El cDNA
obtenido se cuantificó y se almacenó a -80°C.
Se cuantificó la expresión de los genes que codifican para IL2, IL-4, IL-
6, IL-10, IL-12, IFNγ, TNFα, TGFβ, cadena α, cadena J, pIgR, defensinaα,
lisozima, fosfolipasa A2 y TLR4, mediante PCR en tiempor real utilizando
TaqMan® Universal PCR Master Mix, siguiendo las indicaciones del
fabricante. Se hizo la cuantificación relativa por el método 2-ΔΔCT
(Livak & Schmittgent, 2001; Huggett et al, 2005; Tsai & Wiltbank, 1996;
Valasek & Repa, 2005; Butt et al, 2007). Las sondas específicas para
cada gen fueron diseñadas con anterioridad por el grupo de trabajo
mediante el software Universal ProbeLibrary (www.universalprobelibrary.com) y
se muestran en la tabla 1.
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 16
Tabla 1. Primers utilizados para la PCR en tiempo real.
WESTERN BLOT
Las muestras con inhibidores de proteasas (“complete mini” de Roche,
cat. 11836153001 en buffer de lisis RIPA) se sacaron del nitrógeno y,
antes de que se descongelaran, se homogenizaron. Una vez
homogenizadas se tomó una alícuota para cuantificar por el método
de Lowry y el resto se almacenó a -80°C hasta su uso.
Las muestras, una vez cuantificadas, se mezclaron con el buffer de
carga desnaturalizante de Laemmli e hirvieron por 10 minutos en baño
maría. Se separaron 50µg de la muestra en geles de poliacrilamida a
concentraciones que van del 10 al 12% por electroforesis a 88 volts
durante 2 h. Posteriormente las proteínas se transfirieron a membranas
de PVDF en una cámara de transferencia “semi dry” (Trans-Blot SD
Semi-Dry Cell Bio-Rad), a 15 V por 45 min para Cadena J, a 18 y a 20 V
para IgA y pIgR respectivamente, durante 1h.
Gen/código Forward primer 5´-3´ Reverse primer 5´-3´
IgA / 04692101001 cgtccaagaattggatgtga agtgacaggctgggatgg
Igj/04685105001 gaactttgtataccatttgtcag
acg
ctgggtggcagtaacaacct
IFN- / 04686942001 tctggaggaactggcaaaag ttcaagacttcaaagagtctgagg
IL-10 / 04686942001 actgcacccacttcccagt tgtccagctggtcctttgtt
IL-12 / 04692110001 atccagcgcaagaaagaaaa ctacgaggaacgcacctttc
IL-2 / 04685148001 gctgttgatggacctacagga ttcaattctgtggcctgctt
IL-4 / 04692250001 catcggcattttgaacgag acgtttggcacatccatctc
IL-6 / 04685032001 gctaccaaactggatataatcag
ga
ccaggtagctatggtactccagaa
pIgR / 04688635001 agtaaccgaggcctgtcctt gtcactcggcaactcagga
TGF- 1 / 04688953001 tggagcaacatgtggaactc gtcagcagccggttacca
TNF / 04686993001 ctgtagcccacgtcgtagc ttgagatccatgccgttg
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 17
Las membranas se bloquearon con leche descremada al 5% en TBS-
Tween (Tween 20 al 0.1% en TBS) durante 2 horas a temperatura
ambiente y en agitación constante. Después se incubaron toda la
noche en agitación constante a 4°C con anticuerpo anti cadena J,
anti cadena-α o anti pIgR. Al día siguiente se incubron, durante 2 hs,
con el anticuerpo secundario peroxidado. Entre cada incubación se
realizaron 3 lavados de 10 minutos con TBS-Tween al 0.1%
Después del último lavado, las membranas se incubaron 1 min con
Western Blotting Luminol Reagent (Santa Cruz) y se expusieron
inmediatamente a una película fotográfica (Amersham Hyperfilm ECL)
durante tiempos que variaron desde 30 segundos hasta 2 min.
Después se bañaron en solución de revelado (Kodak) y en solución
fijadora (Kodak). La cuantificación relativa de proteína se calculó con
base en el análisis densitométrico realizado con el software Quantity
One 1-D Analysis Software (Bio-Rad) (Chow et al, 1997; Kurien &
Scofield, 2003).
RESULTADOS
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
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RESULTADOS
MOLÉCULAS DE INMUNIDAD INNATA
Para investigar si el ejercicio provocó cambios en la inmunidad innata
de la mucosa intestinal, se cuantificó por PCR en tiempo real, la
expresión de los genes que codifican para las moléculas α-defensina,
fosfolipasa y lisozima, así como también el receptor TLR-4, en la
mucosa duodenal de ratones sedentarios y entrenados. El ejercicio
incrementó la expresión de α-defensina, fosfolipasa y lisozima, mientras
que disminuyó la expresión de TLR-4 (Fig. 1).
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 20
S-IgA
Con la finalidad de saber si el ejercicio también induce cambios en la
inmunidad adaptativa, a partir de duodeno se colectó el contenido
de la luz intestinal y cuantificó el anticuerpo importante de las
mucosas, la S-IgA. La concentración de S-IgA se determinó por ELISA y
se expresó en µg/mL. Obteniendo un aumento significativo de dicho
anticuerpo en el intestino de los ratones entrenados comparado con
los sedentarios.
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 21
CADENAS α, J Y pIgR
El aumento de S-IgA en la luz intestinal puede deberse a una mayor
producción en la lámina propia de polímeros de IgA unidos por la
cadena J, así como también a un aumento en el transporte desde la
lámina propia hacia la luz, a través del epitelio, por medio del pIgR.
Con la finalidad de explorar las 2 posibilidades se cuantificó la
expresión de cadena J, cadena α y pIgR en la mucosa duodenal de
ratones entrenados y sedentarios. Los ratones entrenados presentaron
un incremento tanto en la expresión de los genes que codifican para
estas 3 moléculas (Fig. 3), como en las respectivas proteínas (Fig. 4),
cuantificado por PCR en tiempo real y western blot respectivamente.
EXPRESIÓN DE CITOCINAS
Como la expresión de las cadenas α, J y el pIgR está regulada por
citocinas tanto de inmunidad innata como adaptativa, se cuantificó
la expresión de los genes que codifican para IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12,
TNF-α, TGF-β e IFN-γ por PCR en tiempo real. El entrenamiento físico
incrementó significativamente la expresión de los genes que codifican
para TNF-α, IL-6, IL-10 e IL-12 (Fig. 5) así como también la expresión de
IL-4 y TGF-β (Fig. 6). Sin embargo, disminuyó la expresión del gen para
IL-2 (Fig. 6), mientras que el IFN-γ permaneció sin cambios (Fig. 6).
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CUANTIFICACIÓN DE HORMONAS
Como tanto los glucocorticoides como las catecolaminas regulan la
síntesis de IgA y pIgR, se determinaron las concentraciones
plasmáticas de ambas hormonas en ratones sedentarios y entrenados,
aunque la concentración es más elevada en los ratones entrenados,
no se observaron diferencias significativas entre ambos grupos (Tabla
2).
Tabla 2.- Concentraciones plasmáticas de corticosterona y
norepinefrina en ratones sedentarios y entrenados.
DISCUSIÓN
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
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DISCUSIÓN
El aspecto más relevante de este trabajo es que se demuestra,
por primera vez, que el entrenamiento físico a largo plazo tiene
efectos benéficos sobre la respuesta inmunológica intestinal. Se
observó incremento tanto en la producción de moléculas de la
inmunidad innata α-defensina, fosfolipasa y lisozima, así como en la
más importante de la inmunidad adaptativa intestinal: la S-IgA.
Las células plasmáticas productoras de IgA están distribuídas a
lo largo de la lámina propia de la superficie de las mucosas. Estas
células producen grandes cantidades de dímeros y algunos
tetrámeros de IgA (IgA polimérica o pIgA) y, a diferencia de las
células plasmáticas encontradas en otros sitios, expresan grandes
cantidades del polipéptido denominado cadena J, el cual facilita la
interacción covalente espontánea con el receptor de
inmunoglobulina polimérica (pIgR) expresado en la región basolateral
de las células epiteliales y transporta al complejo a través de la
barrera epitelial. Una vez que alcanza la membrana apical, las
proteasas rompen la porción extracelular del pIgR, de tal manera que
la S-IgA se libera a la luz intestinal. Entonces, el incremento en los
niveles de S-IgA en la luz del duodeno está relacionado con 2
mecanismos principales: (i) producción de pIgA por las células
plasmáticas de la lámina propia, y (ii) transporte de complejos pIgA-
pIgR (Johansen & Brandtzaeg, 2004; Brandtazaeg & Johansen, 2005;
Woof & Mestecky, 2005).
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 27
Los resultados aquí presentados demuestran un aumento en la
expresión génica de las cadenas α y J, lo que correlaciona con el
aumento de las proteínas correspondientes. Este aumento sugiere dos
posibilidades, que se haya incrementado la presencia de células
plasmáticas en la lámina propia, o que cada célula individual haya
incrementado la síntesis de pIgA. Resultados del mismo grupo de
trabajo muestran, por inmunohistoquímica, que el entrenamiento
provoca disminución del número de células plasmáticas productoras
de IgA, lo que apoya la idea de que se incrementó la producción de
pIgA por célula.
Aunque el mecanismo por el cual el ejercicio incrementa la
transcripción génica para las cadenas α y J es desconocido, el
incremento observado en la expresión de estos genes por las células
plasmáticas de la mucosa intestinal, puede ser el resultado del
aumento en la expresión de los genes para IL-4, IL-6, IL-10 y TGF-β,
citocinas que regulan la producción de IgA. El TGF-β se considera ser
el factor esencial en el cambio de isotipo para IgA (Johansen &
Brandtzaeg, 2004; Zan et al, 1998).
Por otro lado, en sistemas in vitro se ha demostrado que
citocinas como TNF-α, IL-4 y TGF-β incrementan la expresión del pIgR
(Ackerman et al, 1999; Kaetzel, 2005; Kaetzel & Mostov, 2005). Así, el
aumento en la expresión del pIgR en los ratones entrenados puede ser
el resultado del aumento en la expresión de los genes que codifican
para estas 3 citocinas. Como no se observaron cambios en los niveles
de corticosterona y norepinefrina, el incremento en la síntesis de pIgA
y pIgR no puede ser atribuido a estas hormonas.
Hay estudios que demuestran que el ejercicio intenso reduce la
expresión del pIgR en las glándulas salivales de rata (Kimura, et al.,
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 28
2008), en el presente estudio se demuestra que el ejercicio moderado
indujo un incremento tanto en la expresión como en la síntesis de pIgR
en la mucosa intestinal. Esta discrepancia puede ser debida a la
respuesta diferente que tiene el organismo antes un ejercicio
moderado y uno extremo, así como a la regulación de la expresión
del pIgR específica de cada tejido (Cox et al, 2007; Lambert et
al,1994).
Estudios tanto in vivo como in vitro han demostrado que las altas
concentraciones de TNF-α pueden incrementar la permeabilidad del
epitelio intestinal (Bruewer, et al., 2003; Mazzon & Cuzzocrea, 2008;
Suenaert, et al., 2002; Ye, et al., 2006). A pesar del incremento de TNF-α
que observamos en los ratones entrenados, el incremento en S-IgA no
puede ser explicado por aumento de permeabilidad intestinal. La
existencia de una barrera intestinal defectuosa hubiera provocado
inflamación intestinal, produciendo cambios en la arquitectura
intestinal y reclutamiento de células inmunológicas hacia la lámina
propia. Sin embargo, nuestro grupo de trabajo no observó ninguna
modificación en la estructura histológica del intestino de los ratones
entrenados. Además, en los ratones entrenados no solamente se
observó disminución de las células plasmáticas productoras de IgA,
sino también de linfocitos T CD4+ y linfocitos B en general, esta
disminución de linfocitos encontrada en los ratones entrenados refleja
una respuesta anti-inflamatoria en lugar de una inflamatoria.
CONCLUSIONES
EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 30
CONCLUSIONES
El aumento significativo en la expresión de las cadenas α y J y
en el pIgR en la mucosa duodenal de los ratones entrenados
correlaciona con el aumento en la síntesis de las correspondientes
proteínas, y de S-IgA en la luz intestinal.
En general, se demostró que el incremento en la S-IgA en el
duodeno de los ratones entrenados se debe, en parte, al aumento en
la producción de IgA en la lámina propia y al incremento en el
transporte de complejos pIgA-pIgR a través de las células epiteliales.
Nuestros resultados apoyan el hecho de que el ejercicio crónico
es benéfico para varios sistemas, incluyendo al inmunológico
intestinal.
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EXPRESIÓN DE MOLÉCULAS DE LA INMUNIDAD INNATA, CITOCINAS E IgA SECRETORIA EN LA MUCOSA INTESTINAL DE RATONES SOMETIDOS A EJERCICIO
Mary Viloria 32
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