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Systemic sclerosis (SSc), or scleroderma, is a complex, rare disease of unknown etiology. Macrophages constitute a large portion of the immune cell infiltrate in the skin of patients with SSc, and are an important target of study. Particularly, the M2 macrophage has been implicated scleroderma and other fibrotic diseases as a key contributor to fibrotic processes. However, the definition of an M2 macrophage appears to change with context, and is poorly elucidated in different species. With varying characterizations between species and disease models, there is a need to establish some consensus on how to identify this macrophage in an uniform manner across species. We used a bioinformatic approach to identify a unique gene signature for the M2 macrophage phenotype, which is shared between human and mouse systems. We were able to confirm a 7-gene subset of this theorized signature using human and mouse in vitro systems. In addition, we selected one of the identified genes, Clec7a, and characterized its expression at the protein level on different macrophage phenotypes, across several human and mouse models. Our data show that Clec7a is a more selective marker of murine M2 macrophages than current reference markers, and is useful in human models as well. Using our M2-specific gene signature, we also identified a potential inhibitor of the signature and showed its effects on M2 marker expression. Finally, we showed some preliminary work into Clec7a expression in skin tissue from patients with scleroderma. Overall, our data suggest that Clec7a may be a valuable addition to the panel of markers used to characterize M2 macrophages and distinguish between macrophage phenotypes, and perhaps provide clarity into the development and function of the M2 macrophage. Better understanding of the M2 macrophage would ultimately be useful to the study of fibrotic diseases such as scleroderma, wherein this macrophage phenotype may be a viable target for antifibrotic therapy. / Thesis / Master of Science (MSc)

A psoríase é uma doença inflamatória crônica com uma elevada incidência, que afeta a pele. A patogênese da psoríase caracteriza-se pela participação de inúmeras células, incluindo os queratinócitos que são as principais células efetoras da citocina IL-17, críticas para a doença, que produzidas pelas células T. Evidências crescentes sugerem o importante papel da piruvato quinase M2 (PKM2) na regulação da resposta inflamatória, mas o mecanismo subjacente permanece obscuro. Nesse sentido, no presente estudo investigamos o papel da PKM2 no desenvolvimento da psoríase. Observamos o aumento de PKM2 em biópsia humana, em modelo de psoríase induzida por imiquimode e em modelos espontâneos K14-IL-17Aind e DC-IL-17Aind. Em adição, esse aumento observado na enzima foi predominante nos queratinócitos e isso foi associado a marcadores de ativação de queratinócitos. Utilizando o inibidor de PKM2, Shikonin (SKN), como abordagem farmacológica, observamos que o tratamento com esse composto foi capaz de reverter a psoríase experimental e a reduzir marcadores associados a doença como: K17, LCN2, TNF-?, KC, S100A8, S100A9, IL-6 e IL-17A. Associado a isso, observamos a redução na frequência de células T (?? e ??) produtoras de IL-17 e do número de neutrófilos na pele em modelo de imiquimode após inibição da PKM2. O SKN, também, reduziu o número de neutrófilos no modelo DC-IL-17Aind. Em nosso próximo passo, observamos que queratinócitos HACAT estimulados com IL-17A apresentou um aumento da expressão de PKM2 e que a sua inibição foi associada a redução da ativação de queratinócitos e de mediadores inflamatórios como a IL-8. Além disso, a deleção da PKM2, utilizando a tecnologia CRISPR/Cas9, reduziu a expressão do receptor de IL-17. Por fim, o desenvolvimento da psoríase por imiquimode foi atenuada em animais deficientes para PKM2 em queratinócitos (K14-PKM2fl/+), no qual foi observado a redução de neutrófilos na pele e, além disso, evidenciamos a redução da expressão de IL-17A nesses animais. O conjunto de resultados apresentados nesse trabalho demonstram que a PKM2 apresenta um papel crítico no desenvolvimento da psoríase e que a ativação do receptor de IL-17 promove um aumento da PKM2 em queratinócitos e esta contribui para ativação de mediadores que é responsável diretamente para o desenvolvimento da psoríase. Esses resultados, ainda, sugerem a PKM2 como um biomarcador para diagnóstico da psoríase e consequentemente, um potencial alvo terapêutico para tratamento dessa doença e outras doenças inflamatórias. / Psoriasis is a chronic inflammatory skin disease with high incidence in the global population. The pathogenesis of psoriasis is characterized by involvement of many cells, including keratinocytes that are targets for IL-17-producing T cells. Evidences suggests a critical role of pyruvate kinase M2 (PKM2) in inflammatory response, but the underlying mechanism remains unclear. In this context, here we investigated the role of PKM2 in the development of psoriasis. We observed overexpression of PKM2 in psoriatic human skin, imiquimod-induced psoriasis and spontaneous K14-IL-17Aind and DC-IL-17Aind models. In addition, the overexpression of this enzyme was observed in keratinocytes associated with keratinocytes activation markers. Using the PKM2 inhibitor, Shikonin (SKN), as a pharmacological approach, we observed that the treatment with this compound was able to reduce experimental psoriasis and disease-associated markers such as K17, LCN2, TNF-?, KC, S100A8, S100A9, IL-6 and IL-17A. Moreover, we observed reduction of frequency of IL-17-producing T cells (?? and ??) and the number of neutrophils in the skin after imiquimod application plus inhibition of PKM2. SKN, also, reduced the number of neutrophils in the DC-IL-17Aind model. In our next step, we observed overexpression of PKM2 in human keratinocytes HACAT stimulated with IL-17A and that its inhibition was associated with less keratinocytes activation and inflammatory mediators such as IL-8. In addition, deletion of PKM2, using CRISPR/Cas9 technology, reduced IL-17 receptor expression. Finally, the development of imiquimod-induced psoriasis was attenuated in PKM2-deficient mice in keratinocytes (K14-PKM2f/+), with reduction in the number of neutrophils in the skin. In addition, we evidenced the reduction of IL-17A expression these animals. Taken together, these results demonstrate that PKM2 plays a critical role in the development of psoriasis and that IL-17 receptor activation promotes an increase of PKM2 in keratinocytes and this contributes to the release of mediators that is directly responsible for development of psoriasis. These results, suggest PKM2 as a biomarker for the diagnosis of psoriasis and consequently a potential therapeutic target for the treatment of this disease and other inflammatory diseases.

INTRODUÇÃO: A Leishmaniose Tegumentar Americana (LTA) é uma doença infecciosa endêmica no Brasil, causada por protozoários do gênero Leishmania e possui duas formas clínicas principais, a leishmaniose cutânea (LC) e a leishmaniose mucocutânea (LMC). Os macrófagos têm papel crucial na patogênese da Leishmaniose como hospedeiros do parasita e atuam como células apresentadoras de antígenos, promovendo uma resposta imune de perfil Th1 contra a Leishmania. Os macrófagos polarizados M2, relacionados com resposta anti-inflamatória (Th2), são envolvidos no controle da inflamação e dano tecidual em várias doenças e estão associados à cronicidade nas doenças infecciosas. O objetivo deste trabalho foi verificar a participação dos macrófagos M2 nos sítios de lesão cutânea da LTA MÉTODOS: Sessenta e três biópsias de pele de lesões de LTA, obtidas de 48 doentes com LC e 15 de LMC, foram submetidas ao método imuno-histoquímico com os anticorpos anti-CD163 e anti-CD206, marcadores de macrófagos M2. Dez espécimes foram também submetidos à técnica imuno-histoquímica de dupla marcação com a utilização dos marcadores pSTAT-1 e CD68 para identificação de macrófagos M1 e CMAF e CD163 para identificação de macrófagos M2. RESULTADOS: Os espécimes de pele com reação inflamatória difusa (n = 26) exibiram maior número de células imunomarcadas com CD163, quando comparadas ao grupo com reação granulomatosa bem organizada (n = 37) (p= 0,01). Os macrófagos CD163+ também foram mais numerosos nas lesões de pele com a presença de formas amastigotas de Leishmania (n = 39) ao exame histopatológico (p=0,02), quando comparadas às lesões onde os parasitas não foram observados (n = 24). O mesmo ocorreu quando comparados somente os espécimes do grupo de doentes com LC com a presença de parasitas (n = 31) e ausência dos mesmos (n = 17) (p = 0,04). As lesões de pele de doentes com LMC mostraram maior número de células CD206+ (n = 15) que a de doentes com LC (n = 48) (p=0,008). Houve correlação positiva entre o número de células imunomarcadas com os anticorpos CD163 e CD206 (r de Spearman= 0,369). Os macrófagos +pSTAT1/CD68+ (M1) mostraram-se mais numerosos que os macrófagos CMAF+/CD163+ (M2) nos sítios de lesão cutânea da LTA. CONCLUSÕES: Os resultados obtidos sugerem que os macrófagos M2 têm um papel na resposta imune \"in situ\" da LTA. Essas células devem atuar como células alvo, facilitando a entrada dos parasitas, a progressão da doença e parecem estar envolvidos nos mecanismos de cronicidade e nos processos de remodelamento tecidual dessa doença. As moléculas CD163 e CD206 podem ser consideradas bons marcadores teciduais de macrófagos M2, uma vez que mostraram correlação positiva em sua expressão. A técnica de dupla marcação confirmou a presença dos macrófagos M2 nas lesões cutâneas da LTA. Embora ocorra a presença de macrófagos M2, os macrófagos M1 são a população macrofágica predominante da resposta imune \"in situ\" da LTA / INTRODUCTION: American tegumentary leishmaniasis (ATL) is an endemic infectious disease in Brazil, caused by Leishmania parasites and it has two main clinical forms, cutaneous leishmaniasis (CL) and mucocutaneous leishmaniasis (MCL). Macrophages play a key role in leishmaniasis pathogenesis. They are definite parasite host and act as antigen presenting cells, eliciting a Th1 pattern of immune response (M1) against Leishmania. M2 polarized macrophages, related to an anti-inflammatory response (Th2), are involved in controlling inflammation and tissue damage in several diseases and are related to chronicity in infectious diseases. The aim of this study was verifying M2 macrophages \"in situ\" participation in ATL. METHODS: Sixty-three skin biopsies from LTA lesions, obtained from patients with CL (n=48) and MCL (n=15), were subjected to imunohistochemical technique with M2 macrophages markers CD163 and CD206 antibodies. Ten samples were selected for double staining technique with pSTAT1 and CD68 markers for M1 identification, and CMAF and CD163 markers for M2 macrophages identification. RESULTS: Skin samples displaying diffuse inflammatory reaction (n = 26) exhibited higher number of CD163 immune stained macrophages when compared to the well-organized granulomatous reaction group (n = 37) (p=0.01). CD163+ macrophages were higher in samples displaying Leishmania parasites (n = 39) at histopathology exam than the samples without parasites (n = 24) (p=0.02). Same result was observed when comparing the lesions of CL lesions with (n = 31) and without (n = 17) parasites (p = 0.04). MCL skin lesions (n = 15) showed higher number of CD206+ cells (p = 0.008) in comparison with skin lesions taken from CL patients (n = 48). Spearman test demonstrated a positive correlation between the number of CD163+ and CD206+ immune stained cells (Spearman r = 0,369). M1 macrophages (pSTAT1+/CD68+) were present in higher number when compared to M2 macrophages (CMAF+/CD163+) in the samples studied. CONCLUSIONS: The results suggest that M2 macrophages play a role in the in situ immune response of ATL. M2 polarized macrophages may act as host target cells facilitating parasites entry and promoting disease progression, but also seem to be involved with chronicity and tissue remodeling of ATL lesions. CD163 and CD206 molecules may be considered as good markers for M2 macrophages. Double staining technique confirmed the presence of M2 macrophages, although M1 macrophages are the predominant macrophagic component in skin lesions of ATL

Utilizando modelo de coinflamação tuberculose e alergia (TB/OVA), nosso grupo mostrou que camundongos BALB/c coinflamados apresentaram diminuição significativa no número de bacilos, associada com diminuição no infiltrado granulomatoso no pulmão, aumento na produção de leucotrieno B4 e no número de células CD8+, quando comparados ao grupo infectado com Mycobacterium tuberculosis (TB). No presente estudo, nosso objetivo foi avaliar os mecanismos envolvidos na restrição ao crescimento dos bacilos nos animais do grupo TB/OVA. Quatro estratégias foram usadas: I) Para avaliar o papel dos linfócitos CD8+ no modelo TB/OVA, foram utilizados camundongos deficientes para a molécula CD8 (CD8KO). Foi observado que não houve diferenças significativas no crescimento do bacilo no pulmão dos animais CD8KO-TB/OVA e WT-TB/OVA. No entanto, nos pulmões dos animais WT-TB/OVA houve maior crescimento de bacilos em relação aos animais WT-TB, diferente do previamente observado com os animais TB/OVA da linhagem BALB/c. Para avaliar o papel dos leucotrienos foram usadas as seguintes estratégias: II). Camundongos da linhagem 129Sv tratados com MK886, inibidor da enzima 5-lipoxigenase (5LO), envolvida na síntese de mediadores lipídicos; III) animais 129Sv, deficientes para a expressão da 5LO (5LOKO). Foi observado que o tratamento com MK886 não afetou o número de bacilos no pulmão do grupo coinflamado TB/OVA quando comparado ao grupo TB/OVA. Além disso, diferente do que foi previamente observado em animais BALB/c, os animais 129Sv coinflamados foram mais susceptíveis que os animais 129Sv infectados. Do contrário, animais 5LOKO-TB/OVA foram mais resistentes que os camundongos WT-TB/OVA. Para avaliar se alterações no infiltrado granulomatoso estavam relacionadas com o infiltrado de macrófagos no pulmão, usamos a quarta estratégia: IV) quantificação das populações de macrófagos M1 e M2. Foi observado que os animais TB/OVA apresentaram aumento da população de macrófagos M2 no pulmão, enquanto a população de macrófagos M1 manteve-se inalterada comparado-se ao grupo apenas infectado. A diminuição no crescimento de bacilos nos animais TB/OVA foi dependente dos macrófagos M2, pois animais deficientes para a expressão do receptor de IL-33 submetidos ao protocolo de coinflamação tiveram diminuição da população de macrófagos M2, e foram susceptíveis à infecção. Esses resultados mostram que a diminuição no crescimento de bacilos nos animais coinflamados TB/OVA é dependente do aumento da população de macrófagos M2. / Using model of coinfection allergy and tuberculosis (TB / OVA), our group showed that coinfected BALB/c showed a significant decrease in the number of bacilli, associated with a decrease in granulomatous infiltrate the lung, increased production of leukotriene B4 and the number of cells CD8+, compared to the group infected with Mycobacterium tuberculosis (TB). To evaluate the mechanisms involved in reducing the growth of bacilli in group TB/OVA, were used four strategies: I) To assess the role of CD8+ lymphocytes in model TB/OVA, we used mice deficient for the molecule CD8 (CD8KO).We was observed that the number of bacilli in the lungs of animals in the group CD8KO-TB/OVA and WT-TB/OVA was similar. However, the lungs of animals WT-TB/OVA growth of bacillus was higher compared to WT animals, TB, unlike what was previously observed with background genetic BALB/c. To evaluate the role of leukotrienes, we use the following strategies: II) strain 129Sv mice treated with MK886, an inhibitor of the enzyme 5-lipoxygenase (5LO), involved in the synthesis of lipid mediators, III) 129Sv animals deficient for the expression of 5LO (5LOKO). We observed that treatment with MK886 did not affect the number of bacilli in the lung of the coinfected group TB/OVA. Moreover, unlike what was previously observed in animals BALB/c mice, coinfected 129Sv were more susceptible than the animals infected 129Sv. On the contrary, 5LOKO-TB/OVA animals were more resistant than mice WT-TB/OVA. To assess whether changes in granulomatous infiltrates were related to macrophages, we use the fourth strategy: IV) quantification of macrophage populations M1 and M2. We observed that M2 population in animals TB/OVA showed increased lung. The decrease in bacilli growth of animals TB/OVA was dependent on macrophage M2, since animals deficient for the expression of IL-33 protocol submitted to coinfected protocol had decreased macrophage population M2, and were susceptible to infection. These results show that the reduction in growth of bacilli in coinfected animals TB/OVA is dependent increase in macrophage population M2.

Durante o desgaste por deslizamento há a ocorrência de calor gerado por atrito, que favorece a oxidação nas superfícies de contato dos metais. O resultado deste fenômeno pode provocar uma diminuição da taxa de desgaste, a qual usualmente é associada com transições no tipo de contato: metal-metal, metal-óxido ou óxido-óxido. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo teórico do desgaste oxidativo. O modelo tenta correlacionar parâmetros termodinâmicos e tribológicos dos materiais, como energia de Gibbs, carga, área real de contato, velocidade e temperatura do contato. Para testar o modelo, realizaram-se ensaios do tipo pino-sobre-disco convencional, para análise da influência dos parâmetros tribológicos, de forma a obter diversas relações entre temperatura de contato, carga, velocidade e as propriedades físico-químicas dos materiais. Os ensaios foram realizados com variação contínua de carga, em intervalos de 20 a 120 N, 20 a 80 N e de 20 a 40 N. Os materiais escolhidos para serem ensaiados foram pino de aço ferramenta M2 temperado e revenido, enquanto que o disco foi de aço 1045 austemperado com microestrutura do tipo bainítica. A caracterização superficial antes e depois dos ensaios foi feita usando-se diferentes técnicas auxiliares, tais como microscopia óptica e eletrônica de varredura. Analisando as curvas obtidas a partir do modelo, assim como as obtidas pelas análise das experiências feitas para sua avaliação, pôde-se concluir que força motriz que causa a taxa de desgaste é a energia de contato, a qual depende das condições físico-químicas, do meio e das solicitações impostas às condições de contato, sendo também as propriedades do material essenciais para a influência na taxa de desgaste, propriedades que estão intrínsecas no modelo, assumindo a energia de Gibbs do material. / During sliding wear, heat generated friction occurs, which favors oxidation occurrence on the contacting surfaces of metallic materials. The oxidation phenomenon can result in wear rate attenuation due to transitions in the contact feature from metal-metal to either metal-oxide or oxide-oxide. This work aimed to develop a theoretical modeling on oxidational wear. In the obtained model, both thermodynamic and tribological parameters were used, such as Gibbs energy, load, actual area of contact, velocity and contact temperature. In order to obtain experimental data for the model assessment, usual pin-on-disk tests were conducted under some load and velocity conditions. Relations among the variables, such as contact temperature, load, velocity and physical-chemical properties of the materials, were attained. The tests were performed under continuous rising on load. Intervals from 20 to 120 N, 20 to 80 N and 20 to 40 N were tested. The pin material was made of quenched and tempered M2 tool steel and the disks were of austempered AISI 1045 steel with bainitic microstructure. Surface characterization was carried out before and after the tests, through optical and scanning electronic microscopes. Analyzing the results obtained from the model and from the experimental tests, it was possible to conclude that the wear phenomenon is related to the contact energy, which depends on the physical-chemical conditions of the surfaces, the environment and the mechanical loading the surfaces undergo. The material properties, which do also influence the wear rate, were taken into consideration in the model as the Gibbs energy of the materials.

Durante o desgaste por deslizamento há a ocorrência de calor gerado por atrito, que favorece a oxidação nas superfícies de contato dos metais. O resultado deste fenômeno pode provocar uma diminuição da taxa de desgaste, a qual usualmente é associada com transições no tipo de contato: metal-metal, metal-óxido ou óxido-óxido. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo teórico do desgaste oxidativo. O modelo tenta correlacionar parâmetros termodinâmicos e tribológicos dos materiais, como energia de Gibbs, carga, área real de contato, velocidade e temperatura do contato. Para testar o modelo, realizaram-se ensaios do tipo pino-sobre-disco convencional, para análise da influência dos parâmetros tribológicos, de forma a obter diversas relações entre temperatura de contato, carga, velocidade e as propriedades físico-químicas dos materiais. Os ensaios foram realizados com variação contínua de carga, em intervalos de 20 a 120 N, 20 a 80 N e de 20 a 40 N. Os materiais escolhidos para serem ensaiados foram pino de aço ferramenta M2 temperado e revenido, enquanto que o disco foi de aço 1045 austemperado com microestrutura do tipo bainítica. A caracterização superficial antes e depois dos ensaios foi feita usando-se diferentes técnicas auxiliares, tais como microscopia óptica e eletrônica de varredura. Analisando as curvas obtidas a partir do modelo, assim como as obtidas pelas análise das experiências feitas para sua avaliação, pôde-se concluir que força motriz que causa a taxa de desgaste é a energia de contato, a qual depende das condições físico-químicas, do meio e das solicitações impostas às condições de contato, sendo também as propriedades do material essenciais para a influência na taxa de desgaste, propriedades que estão intrínsecas no modelo, assumindo a energia de Gibbs do material. / During sliding wear, heat generated friction occurs, which favors oxidation occurrence on the contacting surfaces of metallic materials. The oxidation phenomenon can result in wear rate attenuation due to transitions in the contact feature from metal-metal to either metal-oxide or oxide-oxide. This work aimed to develop a theoretical modeling on oxidational wear. In the obtained model, both thermodynamic and tribological parameters were used, such as Gibbs energy, load, actual area of contact, velocity and contact temperature. In order to obtain experimental data for the model assessment, usual pin-on-disk tests were conducted under some load and velocity conditions. Relations among the variables, such as contact temperature, load, velocity and physical-chemical properties of the materials, were attained. The tests were performed under continuous rising on load. Intervals from 20 to 120 N, 20 to 80 N and 20 to 40 N were tested. The pin material was made of quenched and tempered M2 tool steel and the disks were of austempered AISI 1045 steel with bainitic microstructure. Surface characterization was carried out before and after the tests, through optical and scanning electronic microscopes. Analyzing the results obtained from the model and from the experimental tests, it was possible to conclude that the wear phenomenon is related to the contact energy, which depends on the physical-chemical conditions of the surfaces, the environment and the mechanical loading the surfaces undergo. The material properties, which do also influence the wear rate, were taken into consideration in the model as the Gibbs energy of the materials.