Impacto da obesidade sobre células do sistema imune : instabilidade genômica, disfunção mitocondrial, imunossenescência e ativação inflamatória

Abstract

A imunossenescência é caracterizada pelo declínio funcional do sistema imune. Envolve mudanças fenotípicas que se traduzem em alterações sistêmicas, tendo importante impacto na sua funcionalidade. A imunossenescência tem sido associada a evolução e desfecho clínico de muitas doenças associadas ao envelhecimento prematuro, como a obesidade. A obesidade é uma condição patológica associada a expansão do tecido adiposo e a uma inflamação crônica de baixo grau que exerce efeitos negativos em múltiplos tecidos. Evidências de senescência celular, como atividade da enzima beta galactosidase (β-gal) aumentada, presença de fenótipo secretor associado a senescência e a expressão aumentada da proteína supressora de tumor TP53 (p53) e CDKN1A (p21) tem sido descritas no tecido adiposo de indivíduos portadores de obesidade. No entanto, é pouco explorado na literatura como esta inflamação sistêmica pode impactar no possível envelhecimento prematuro do sistema imune em indivíduos portadores de obesidade. Assim, o objetivo desta tese foi avaliar alterações associadas a imunossenescência prematura em células mononucleares de sangue periférico (PBMC) expostas ao ambiente pró-inflamatório próprio da obesidade. Para isto, foram utilizadas três abordagens experimentais: (1) análise de parâmetros associados a imunossenescência prematura em PBMC saudáveis incubadas com plasma de indivíduos portadores de obesidade; (2) análise de parâmetros de imunossenescência em macrófagos diferenciados a partir da linhagem celular U-937 e incubados com plasma de indivíduos portadores de obesidade sem comorbidades ou com síndrome metabólica e (3) validação dos parâmetros de imunossenescência em PBMC de indivíduos portadores de obesidade. Nossos resultados mostraram que o plasma de indivíduos portadores de obesidade é capaz de modular o fenótipo de PBMC previamente saudáveis, induzindo aumento na morte celular por apoptose, sinalização comprometida de H2AFX e TP53, disfunção mitocondrial basal e associada a produção de ATP, aumento de linfócitos senescentes T auxiliares CD4+CD28- e citotóxicos CD8+CD28-, secreção de citocinas inflamatórias e ativação de monócitos e macrófagos. Além disso, o plasma de indivíduos portadores de obesidade, independente da presença de comorbidades, induziu aumento da atividade da enzima β-gal associada com a diminuição da viabilidade de macrófagos, aumentando sua capacidade fagocítica. Parte destes dados foram confirmados em PBMC de indivíduos portadores de obesidade, mostrando aumento da taxa de morte celular por apoptose, instabilidade genômica através de uma cinética de reparo de dano ao DNA comprometida, menor sinalização de H2AFX e aumento na frequência de micronúcleos e cariólise. Ainda, foi confirmada a redução da sinalização da via TP53/CDKN2A (p53/p16) e de ERK1/2 e o aumento na secreção de citocinas inflamatórias. Juntos, nossos dados confirmam a hipótese da obesidade como uma patologia associada a imunossenescência prematura e instabilidade genômica.

Immunosenescence is characterized by the functional decline of the immune system. It involves phenotypic changes that translate into systemic modifications, having an important impact on its functionality. Immunosenescence has been associated with evolution and clinical outcome of many diseases associated with premature aging, such as obesity. Obesity is a pathological condition associated with the expansion of adipose tissue and chronic low-grade inflammation that exerts its negative effects on multiple tissues. Evidence of cell senescence, such as increased beta-galactosidase (β-gal) enzyme’s activity, presence of the secretory phenotype associated with senescence, and increased expression of the tumor suppressor proteins TP53 (p53) and CDKN1A (p21) have been described in adipose tissue of individuals with obesity. However, it is not understood how this systemic inflammation can impact on premature aging of the immune system in individuals with obesity. Thus, the aim of this thesis is to evaluate changes associated with premature immunosenescence in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) exposed to the proinflammatory environment of obesity. We used three different experimental approaches: (1) analysis of parameters associated with premature immunosenescence in healthy PBMC incubated with plasma from individuals with obesity; (2) analysis of immunosenescence parameters in the differentiated U-937 macrophages cell line incubated with plasma from subjects with obesity without comorbidities or with the metabolic syndrome and (3) validation of immunosenescence parameters in PBMC of individuals with obesity. Our results showed that the plasma of individuals with obesity can modulate the phenotype of previously healthy PBMC, inducing increased cell death by apoptosis, compromised signaling of H2AFX and TP53, basal mitochondrial dysfunction associated with ATP production, increased lymphocytes senescent T helper CD4+ CD28- and cytotoxic CD8+CD28-, secretion of inflammatory cytokines and activation of monocytes and macrophages. In addition, the plasma of individuals with obesity, regardless of the presence of comorbidities, induced an increase in the activity of the β-gal enzyme associated with decreased viability of macrophages, associated with increased phagocytic capacity. Some of these data were confirmed in PBMC of individuals with obesity, showing increased rate of cell death by apoptosis, genomic instability through DNA damage repair kinetics, decreased H2AFX signaling and increased micronucleus frequency and karyolysis. Furthermore, we confirmed reduction of TP53/ CDKN2A (TP53/p16) and ERK1/2 pathway signaling and increased secretion of inflammatory cytokines. Taking together, our data confirm the hypothesis of obesity as a pathology associated with premature immunosenescence and genomic instability.