Macrophages play a key role in maintaining the balance and efficiency of the immune response. TH2 cytokines IL-4 & IL-13, through shared IL-4Rα signalling, trigger a state of alternative activation in macrophages and also drive their proliferation. Alternatively activated macrophages (AAMΦ) are involved in the control of helminth infections and have also been implicated in tissue repair. However, TH2 weighted imbalance can result in inflammatory disorders such as asthma and fibrosis. Hence, macrophage responses must be tightly regulated. MicroRNAs, a short (~22nt) class of non-coding RNA, are one such immunomodulatory feedback mechanism that can regulate gene expression by targeting the 3’ UTR of mRNA resulting in destabilisation of the mRNA and/or inhibition of translation. With their ability for vast gene regulation, it was hypothesised that microRNAs could play a crucial role in the regulation of AAMΦ by targeting genes and pathways critical for their induction, maintenance & proliferation. Previously generated microarrays in the lab have allowed us to identify microRNAs differentially expressed in AAMΦ. In an effort to determine which microRNAs are genuinely associated with alternative activation, the first part of this project examined the expression profiles of ten shortlisted microRNA candidates under varying conditions of alternative activation, ranging from a reductionist in vitro IL-4/13 stimulation of macrophage cell lines to a complex in vivo TH2 mouse model of filarial infection. Profiling of microRNA expression under these conditions revealed that the expression of two IL-4Rα dependent microRNAs, namely miR-199b-5p and miR-378, along with another microRNA, miR-146, was highly regulated and consistently associated with alternative activation. The subsequent chapters of this thesis investigated the contribution of these microRNAs in regulating AAMΦ responses. Interestingly, we identified miR-199b-5p as being highly expressed in AAMΦ in vivo but not in vitro. Pathway analysis identified insulin signalling and other proliferative pathways such as PI3K/AKT as being highly targeted by miR-199b-5p. Overexpression of miR-199b-5p in RAW 264.7 cells resulted in a reduction in the rate of proliferation and a change in the levels of Insulin Receptor Substrate -1 (IRS-1), suggesting that miR-199b- 5p might regulate macrophage proliferation via insulin signalling. An alteration in the expression of YM-1 and RELM-α, markers characteristic of alternative activation, was also observed. MiR-199b-5p was successfully delivered to the lung and overexpressed in alternatively activated alveolar macrophages. No effect was observed on IL-4 induced proliferation, potentially due to the lack of significant insulin receptor and IRS-1 expression in alveolar macrophages. However, secreted levels of YM-1, but not RELM-α, were significantly reduced. MiR-378 is a microRNA that has previously been shown to be associated with AAMΦ through targeting of AKT-1; however, a direct influence of this microRNA on the regulation of this phenotype is yet to be determined. In this thesis, we have provided direct evidence of the impact of miR-378 deficiency on the regulation of AAMΦ and their responses using miR-378 KO mice. The ability of macrophages isolated from WT and KO animals to alternatively activate was studied in various systems both in vitro and in vivo. The influence of miR-378 deficiency on IL-4 induced proliferation was also addressed in vivo. Although the lack of miR-378 had no significant effect on IL-4 driven macrophage proliferation, results from this chapter support a role for miR-378 in the regulation of alternative activation through regulation of YM-1 and RELM-α expression. Lastly, to determine whether this regulation by miR-378 had functional consequences, we also utilised Litomosoides sigmodontis, a murine model of filarial infection. Due to experimental limitations, a concrete role for miR-378 in the context of infection could not be established. The final chapter of this thesis focuses on examining the role of miR-146 in the regulation of AAMΦ. MiR-146a is a highly studied microRNA that has previously been linked strongly to TH1 immune responses, especially classical activation of macrophages. However, a role for this microRNA in regulating AAMΦ is yet to be determined. Expression levels of miR-146a and miR-146b, the two isoforms of miR-146, were found to be differentially regulated upon alternative activation, with a decrease in miR-146a and increase in miR-146b expression in response to IL-4 both in vitro and in vivo. Based on this difference in expression and their known functions in suppressing excessive proinflammatory responses, it was hypothesised that miR-146a/b serve to regulate proinflammatory molecules (and signals) in a fine balance to allow efficient alternative activation to occur. However, the high sequence similarity between these two isoforms proved to be a hindrance to test this hypothesis in terms of shared targets. Therefore, the latter half of this chapter was devoted to the generation and optimisation of a stable cell line for the identification of microRNA targets using CLASH (cross-linking, ligation and sequencing of hybrids). In summary, the results from this thesis provide an important foundation for further studies of the functional role of microRNAs in the regulation of AAMΦ. Firstly, it characterises the expression profiles of ten different microRNAs differentially expressed during alternative activation. Secondly, for the first time, it identifies a role for miR-199b- 5p in the regulation of macrophage proliferation and activation. Thirdly, this thesis has provided direct evidence for the effect of miR-378 deficiency on AAMΦ responses. Lastly, it identifies and demonstrates the robust differential expression of two separate isoforms of the same microRNA (miR-146) under varying conditions of alternative activation, whose functional properties as regulators of the AAMΦ phenotype await further investigation.

Introdução: Macrófagos de fenótipo M1 (ativação clássica) e M2 (ativação alternativa) estão relacionados com diversos processos patológicos como o câncer, a aterosclerose e doenças neurodegenerativas. No microambiente tumoral, os macrófagos associados ao tumor (TAM) têm atuação controversa na progressão da doença. Um modelo in vitro pode servir para avaliar a influência dessa alteração fenotípica em diversas patologias. A linhagem celular monocítica humana U937, sob estímulo de PMA (do inglês, Phorbol 12-myristate 13-acetate), se diferencia em macrófagos típicos. Estes adquirem fenótipos M1 e M2 quando estimulados, respectivamente, por LPS/IFN- e IL-4. Objetivo: Estabelecer um modelo in vitro para o estudo do papel dos macrófagos e seu envolvimento na progressão de doenças, bem como, sua caracterização fenotípica nesses eventos. Para tal, utilizamos: a) meta-análise de dois conjuntos de dados de micro-arranjos para avaliar os genes relacionados e b) análise de marcadores de diferenciação celular, taxa de adesão, alterações morfológicas e níveis de espécies reativas. Métodos: Cultura Celular: Linhagem celular humana U937, cultivada com meio de cultura RPMI 1640 e tratada com 10nM de PMA, por 12, 24, 48 e 72 horas. Quantificação de Espécies Reativas de Oxigênio: Células U937 diferenciadas e indiferenciadas incubadas com a sonda DCF para avaliar a formação de espécies reativas, medida fluorescência por 1h. Ensaio de MTT e Adesão Celular: Células U937 diferenciadas e indiferenciadas foram incubadas com solução de MTT por 1h, para análise da viabilidade celular, foi medida absorbância em 560nm e índice de adesão por método de SRB. Produção de óxido Nítrico: Quantificado pelo método de Griess, a 540nm. Análise Morfológica por meio de Imagens das Células: Imagens obtidas após tempos de tratamento com PMA em 0, 12, 24, 48 e 72 horas. Bioinformática: a) obtidos dois conjuntos de dados de micro-arranjos do Gene Expression Omnibus (GEO) - GSE5099 e GSE15038; b) criamos redes de genes para o fenótipo M1 e M2, com ferramenta on-line STRING e software MEDUSA; c) rede de genes e informações dos micro-arranjos foram combinados e plotados em gráficos de acordo com a sua topologia, com software ViaComplex. Resultados: As imagens mostraram alteração morfológica característica da célula monocítica U937 (célula proliferativa) para macrófago (célula aderida na placa), quando tratadas com PMA. Quanto aos níveis de espécies reativas formadas e a taxa de aderência medida, foi maior nas células tratadas, no decorrer do tempo de tratamento. A taxa de proliferação da célula controle U937 aumentou com o tempo, enquanto que, observamos uma diminuição na proliferação das células tratadas com PMA. A análise bioinformática mostrou um aumento na expressão, tratadas x controle, de genes do fenótipo M1 e M2, nas células U937 diferenciadas por PMA e polarizadas com LPS/IFN gama e IL-4, respectivamente. O fenótipo M1 mostrou aumento na formação de ER e de NO quando tratado com LPS + IFN-gamacombinados. Houve uma diminuição de NO no fenótipo M2 quando ativadas por IL-4. Conclusão: Nosso trabalho descreve um método válido de diferenciação macrofágica da linhagem humana U937 e a possibilidade de sua polarização ao fenótipo M1 e M2 quando estimulada com PMA e posteriormente com LPS/IFN gama e IL-4, respectivamente. A compreensão das relações entre as alterações fenotípicas dos macrófagos e do microambiente gerado é importante para o desenvolvimento de pesquisas para combater/atenuar a agressividade das patologias. / Introduction: In vitro model of macrophages (MF) can be used to evaluate the influence of these cells in human pathologies. Objective: To establish an in vitro model to study macrophages and it’s evaluating M1/M2 polarization. Methods: The human U937 cell line was grown in medium RPMI 1640 and differentiated into functional macrophages by 10 nM phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)-treatment, with M1 or M2 phenotypes with LPS/IFNg and IL-4, respectively. Reactive Oxigen Species (ROS) (time course of DCF oxidation), nitric oxide (NO) (Griess method), cell proliferation (MTT assay) and adherence (SRB method), and change in cellular morphology were determined. Moreover, two microarray data sets from Gene Expression Omnibus (GEO) (GSE5099 and GSE15038) were used to analyze differential M1/M2 gene expression with the online bioinformatics tools STRING, MEDUSA and Via Complex. Results: Time course experiments (0, 24, 48 and 72h) showed decreased cell proliferation with increase in morphological changes, cell adherence and ROS generation in PMA-treated U937 cells compatible with the acquisition of a macrophage-like phenotype. Bioinformatics approach showed increased expression in M1/M2 genes by PMA-treatment. 24h of LPS/IFNg- treatment induced increased NO, ROS, and the expression of M1 genes (classical activation MF), while 24h IL-4-treatment induced the expression of M2genes (alternative activation MF). Conclusion: This simple human macrophage-like differentiation and M1/M2 activation protocol could be used in vitro to establish the role of these cells in human pathologies.

Introdução: Macrófagos de fenótipo M1 (ativação clássica) e M2 (ativação alternativa) estão relacionados com diversos processos patológicos como o câncer, a aterosclerose e doenças neurodegenerativas. No microambiente tumoral, os macrófagos associados ao tumor (TAM) têm atuação controversa na progressão da doença. Um modelo in vitro pode servir para avaliar a influência dessa alteração fenotípica em diversas patologias. A linhagem celular monocítica humana U937, sob estímulo de PMA (do inglês, Phorbol 12-myristate 13-acetate), se diferencia em macrófagos típicos. Estes adquirem fenótipos M1 e M2 quando estimulados, respectivamente, por LPS/IFN- e IL-4. Objetivo: Estabelecer um modelo in vitro para o estudo do papel dos macrófagos e seu envolvimento na progressão de doenças, bem como, sua caracterização fenotípica nesses eventos. Para tal, utilizamos: a) meta-análise de dois conjuntos de dados de micro-arranjos para avaliar os genes relacionados e b) análise de marcadores de diferenciação celular, taxa de adesão, alterações morfológicas e níveis de espécies reativas. Métodos: Cultura Celular: Linhagem celular humana U937, cultivada com meio de cultura RPMI 1640 e tratada com 10nM de PMA, por 12, 24, 48 e 72 horas. Quantificação de Espécies Reativas de Oxigênio: Células U937 diferenciadas e indiferenciadas incubadas com a sonda DCF para avaliar a formação de espécies reativas, medida fluorescência por 1h. Ensaio de MTT e Adesão Celular: Células U937 diferenciadas e indiferenciadas foram incubadas com solução de MTT por 1h, para análise da viabilidade celular, foi medida absorbância em 560nm e índice de adesão por método de SRB. Produção de óxido Nítrico: Quantificado pelo método de Griess, a 540nm. Análise Morfológica por meio de Imagens das Células: Imagens obtidas após tempos de tratamento com PMA em 0, 12, 24, 48 e 72 horas. Bioinformática: a) obtidos dois conjuntos de dados de micro-arranjos do Gene Expression Omnibus (GEO) - GSE5099 e GSE15038; b) criamos redes de genes para o fenótipo M1 e M2, com ferramenta on-line STRING e software MEDUSA; c) rede de genes e informações dos micro-arranjos foram combinados e plotados em gráficos de acordo com a sua topologia, com software ViaComplex. Resultados: As imagens mostraram alteração morfológica característica da célula monocítica U937 (célula proliferativa) para macrófago (célula aderida na placa), quando tratadas com PMA. Quanto aos níveis de espécies reativas formadas e a taxa de aderência medida, foi maior nas células tratadas, no decorrer do tempo de tratamento. A taxa de proliferação da célula controle U937 aumentou com o tempo, enquanto que, observamos uma diminuição na proliferação das células tratadas com PMA. A análise bioinformática mostrou um aumento na expressão, tratadas x controle, de genes do fenótipo M1 e M2, nas células U937 diferenciadas por PMA e polarizadas com LPS/IFN gama e IL-4, respectivamente. O fenótipo M1 mostrou aumento na formação de ER e de NO quando tratado com LPS + IFN-gamacombinados. Houve uma diminuição de NO no fenótipo M2 quando ativadas por IL-4. Conclusão: Nosso trabalho descreve um método válido de diferenciação macrofágica da linhagem humana U937 e a possibilidade de sua polarização ao fenótipo M1 e M2 quando estimulada com PMA e posteriormente com LPS/IFN gama e IL-4, respectivamente. A compreensão das relações entre as alterações fenotípicas dos macrófagos e do microambiente gerado é importante para o desenvolvimento de pesquisas para combater/atenuar a agressividade das patologias. / Introduction: In vitro model of macrophages (MF) can be used to evaluate the influence of these cells in human pathologies. Objective: To establish an in vitro model to study macrophages and it’s evaluating M1/M2 polarization. Methods: The human U937 cell line was grown in medium RPMI 1640 and differentiated into functional macrophages by 10 nM phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)-treatment, with M1 or M2 phenotypes with LPS/IFNg and IL-4, respectively. Reactive Oxigen Species (ROS) (time course of DCF oxidation), nitric oxide (NO) (Griess method), cell proliferation (MTT assay) and adherence (SRB method), and change in cellular morphology were determined. Moreover, two microarray data sets from Gene Expression Omnibus (GEO) (GSE5099 and GSE15038) were used to analyze differential M1/M2 gene expression with the online bioinformatics tools STRING, MEDUSA and Via Complex. Results: Time course experiments (0, 24, 48 and 72h) showed decreased cell proliferation with increase in morphological changes, cell adherence and ROS generation in PMA-treated U937 cells compatible with the acquisition of a macrophage-like phenotype. Bioinformatics approach showed increased expression in M1/M2 genes by PMA-treatment. 24h of LPS/IFNg- treatment induced increased NO, ROS, and the expression of M1 genes (classical activation MF), while 24h IL-4-treatment induced the expression of M2genes (alternative activation MF). Conclusion: This simple human macrophage-like differentiation and M1/M2 activation protocol could be used in vitro to establish the role of these cells in human pathologies.

Introdução: Macrófagos de fenótipo M1 (ativação clássica) e M2 (ativação alternativa) estão relacionados com diversos processos patológicos como o câncer, a aterosclerose e doenças neurodegenerativas. No microambiente tumoral, os macrófagos associados ao tumor (TAM) têm atuação controversa na progressão da doença. Um modelo in vitro pode servir para avaliar a influência dessa alteração fenotípica em diversas patologias. A linhagem celular monocítica humana U937, sob estímulo de PMA (do inglês, Phorbol 12-myristate 13-acetate), se diferencia em macrófagos típicos. Estes adquirem fenótipos M1 e M2 quando estimulados, respectivamente, por LPS/IFN- e IL-4. Objetivo: Estabelecer um modelo in vitro para o estudo do papel dos macrófagos e seu envolvimento na progressão de doenças, bem como, sua caracterização fenotípica nesses eventos. Para tal, utilizamos: a) meta-análise de dois conjuntos de dados de micro-arranjos para avaliar os genes relacionados e b) análise de marcadores de diferenciação celular, taxa de adesão, alterações morfológicas e níveis de espécies reativas. Métodos: Cultura Celular: Linhagem celular humana U937, cultivada com meio de cultura RPMI 1640 e tratada com 10nM de PMA, por 12, 24, 48 e 72 horas. Quantificação de Espécies Reativas de Oxigênio: Células U937 diferenciadas e indiferenciadas incubadas com a sonda DCF para avaliar a formação de espécies reativas, medida fluorescência por 1h. Ensaio de MTT e Adesão Celular: Células U937 diferenciadas e indiferenciadas foram incubadas com solução de MTT por 1h, para análise da viabilidade celular, foi medida absorbância em 560nm e índice de adesão por método de SRB. Produção de óxido Nítrico: Quantificado pelo método de Griess, a 540nm. Análise Morfológica por meio de Imagens das Células: Imagens obtidas após tempos de tratamento com PMA em 0, 12, 24, 48 e 72 horas. Bioinformática: a) obtidos dois conjuntos de dados de micro-arranjos do Gene Expression Omnibus (GEO) - GSE5099 e GSE15038; b) criamos redes de genes para o fenótipo M1 e M2, com ferramenta on-line STRING e software MEDUSA; c) rede de genes e informações dos micro-arranjos foram combinados e plotados em gráficos de acordo com a sua topologia, com software ViaComplex. Resultados: As imagens mostraram alteração morfológica característica da célula monocítica U937 (célula proliferativa) para macrófago (célula aderida na placa), quando tratadas com PMA. Quanto aos níveis de espécies reativas formadas e a taxa de aderência medida, foi maior nas células tratadas, no decorrer do tempo de tratamento. A taxa de proliferação da célula controle U937 aumentou com o tempo, enquanto que, observamos uma diminuição na proliferação das células tratadas com PMA. A análise bioinformática mostrou um aumento na expressão, tratadas x controle, de genes do fenótipo M1 e M2, nas células U937 diferenciadas por PMA e polarizadas com LPS/IFN gama e IL-4, respectivamente. O fenótipo M1 mostrou aumento na formação de ER e de NO quando tratado com LPS + IFN-gamacombinados. Houve uma diminuição de NO no fenótipo M2 quando ativadas por IL-4. Conclusão: Nosso trabalho descreve um método válido de diferenciação macrofágica da linhagem humana U937 e a possibilidade de sua polarização ao fenótipo M1 e M2 quando estimulada com PMA e posteriormente com LPS/IFN gama e IL-4, respectivamente. A compreensão das relações entre as alterações fenotípicas dos macrófagos e do microambiente gerado é importante para o desenvolvimento de pesquisas para combater/atenuar a agressividade das patologias. / Introduction: In vitro model of macrophages (MF) can be used to evaluate the influence of these cells in human pathologies. Objective: To establish an in vitro model to study macrophages and it’s evaluating M1/M2 polarization. Methods: The human U937 cell line was grown in medium RPMI 1640 and differentiated into functional macrophages by 10 nM phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)-treatment, with M1 or M2 phenotypes with LPS/IFNg and IL-4, respectively. Reactive Oxigen Species (ROS) (time course of DCF oxidation), nitric oxide (NO) (Griess method), cell proliferation (MTT assay) and adherence (SRB method), and change in cellular morphology were determined. Moreover, two microarray data sets from Gene Expression Omnibus (GEO) (GSE5099 and GSE15038) were used to analyze differential M1/M2 gene expression with the online bioinformatics tools STRING, MEDUSA and Via Complex. Results: Time course experiments (0, 24, 48 and 72h) showed decreased cell proliferation with increase in morphological changes, cell adherence and ROS generation in PMA-treated U937 cells compatible with the acquisition of a macrophage-like phenotype. Bioinformatics approach showed increased expression in M1/M2 genes by PMA-treatment. 24h of LPS/IFNg- treatment induced increased NO, ROS, and the expression of M1 genes (classical activation MF), while 24h IL-4-treatment induced the expression of M2genes (alternative activation MF). Conclusion: This simple human macrophage-like differentiation and M1/M2 activation protocol could be used in vitro to establish the role of these cells in human pathologies.

Title: Activation therapy and burnout syndrom Objectives: The main aim of this thesis is to present the issue of burnout and the use of prevention, especially the activation of physical activity options and alternative therapies (eg, music therapy, dance therapy, drama therapy, art therapy). Methods: The research of available literature, and compilation and analysis of findings and obsevations were used in the empirical part of the thesis to design applications that could allow reduce the impact of burnout"disease". There has been used long-term observation of groups of workers - women from the government of social care for the disabled and underprivileged people in the region, district Trutnov. Results: The empirical part of the thesis(project), develops and evaluates the results of those methods (observation, questionnaire, questionnaire). Based on these results, I found that 52% of female respondents , administration officials from the region of Trutnov District syndrome are at risk of burnout. Keywords: risk factors, stress, prevention, alternative activation technics, regular physical activity