IgA is the dominant antibody isotype found at mucosal surfaces during homeostasis. However, genetic variation in Fcγ receptors (FcγRs), a family of receptors that mediate immune cell activation by IgG, influences susceptibility to inflammatory bowel disease (IBD), suggesting that IgG may be important during gut inflammation. IBD is a chronic relapsing condition with two major subtypes, Crohn’s disease (CD) and ulcerative colitis (UC), both driven by aberrant immune responses to commensals. In the first part of this thesis, we sought to investigate anti-commensal IgG responses in patients with UC and to determine the mechanism by which local IgG might contribute to intestinal inflammation. We found that UC and murine dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis are associated with a significant increase in anti-commensal IgG and local enrichment of FcγR signalling pathway genes. The genes most robustly correlated with FCGR2A, an activating FcγR associated with UC susceptibility, were IL1B andCXCL8. Ex vivo stimulation of human and murine lamina propria mononuclear cells with IgG immune complexes (IC) resulted in an increase in these cytokines/chemokines. In vivo manipulation of the macrophage FcγR A/I ratio in transgenic mice determined IL-1β and Th17 cell induction. Finally, IL-1β blockade in mice with a high FcγR A/I ratio reduced IL-17 and IL-22-producing T cells and the severity of colitis. Our data reveal that commensal-specific IgG contributes to intestinal inflammation via FcγR-dependent, IL-1β-mediated Th17 activation. In this thesis, we have also addressed the interplay between IgG and group 3 innate lymphoid cells (ILC3s). ILC3s are closely related to natural killer cells, which are known to express FcγRs, and are characterised by their production of Th17 cytokines. Here, we have shown that ILC3s express FcγRs, that ICs drive IL-22 production and MHC class II expression by ILC3s, and FcγR signalling induces a transcriptional programme that reinforces ILC3 maintenance and functionality. These results represent a new paradigm for ILC activation, with direct regulation by the adaptive immune response. Finally, we have begun to address the role played by ILC3-derived cytokines in the regulation of local tissue-resident immune cells. We have demonstrated that ILC depletion significantly alters the activation state of intestinal macrophages, resulting in detrimental bacterial outgrowth following C. rodentium infection but protection from overwhelming DSS-induced inflammation. We have shown that GM-CSF promotes macrophage IL-1β and IL-23 production, which in turn act to reinforce ILC3-derived GM-CSF and IL-22 secretion in vitro, respectively. Therefore, ILC3s are essential coordinators of the local inflammatory response within the gut through activation and possible recruitment of immune cells, and their modulation may be beneficial in the treatment of IBD.

O intestino apresenta a maior área do corpo exposta ao ambiente, recebendo constantemente antígenos provenientes da alimentação e de microrganismos. A fim de manter a homeostase, evitando respostas inflamatórias desnecessárias e ao mesmo tempo respondendo apropriadamente à possíveis ameaças ao tecido, as células intestinas tem que ser capazes de perceber e responder apropriadamente a uma diversa gama de perturbações vindas do ambiente. Além do seu vasto sistema imune o intestino também abriga o maior número de neurônios fora do sistema nervoso central, os quais compõe o Sistema Nervoso Entérico (SNE). O SNE é composto por aproximadamente 100 milhões de neurônios que são capazes de regular autonomamente diversas funções fisiológicas do intestino e também de receber e enviar sinais para os sistemas nervoso autônomo simpático e parassimpático. Diversas evidências clínicas correlacionam inflamações intestinais com alterações no SNE, demonstrando a importância de se entender melhor as relações neuroimunes presentes no intestino. Os macrófagos são células essências da imunidade inata que residem tanto na área do intestino conhecida como lâmina própria como também na área conhecida como muscularis. Essas células fagocíticas desempenham um importante papel nas respostas antibacterianas e também na manutenção da homeostase do tecido, sendo capazes de adaptar rapidamente sua fisiologia em resposta aos sinais ambientais. Neste trabalho avaliamos a existência de uma comunicação bidirecional entre macrófagos e neurônios intestinais. Caracterizamos as duas populações de macrófagos presentes no intestino em homeostase e após um estimulo com SpiB um mutante de Salmonella, avaliando assim como estas células respondem à sinais de infecção provenientes do lúmen intestinal. Utilizando abordagens in vivo e in vitro, observamos que os macrófagos presentes na região da muscularis respondem rapidamente a uma possível infecção presente no lúmen regulando positivamente genes de proteção tecidual e reparo de danos, como Arg1 e Chi3l3. Nossos resultados indicam ainda que são os neurônios através da liberação de norepinefrina capaz de ativar os receptores β2 adrenérgicos presentes nos macrófagos intestinais que induzem a expressão dos genes relacionados com a proteção tecidual e reparo de danos. Observamos ainda que esta via induzida através da ativação dos receptores β2 adrenérgicos parece conferir também aos macrófagos um papel neuro-protetor em caso de danos teciduais. Em conjunto nossos resultados indicam a presença de uma comunicação neuroimune bidirecional entre os neurônios e macrófagos intestinais capaz de modular a resposta dos macrófagos a uma infecção entérica e de proteger os neurônios em caso de danos teciduais / The intestine is the largest area of the body exposed to the environment, which receives food and microbe antigens. In order to maintain homeostasis, avoiding unnecessary inflammation, and at the same time responding properly to potential treats to the tissue, intestinal cells must be able to sense and respond properly to this diverse set of environmental perturbations. In addition to a vast immune system, the intestine also harbors the largest collection of neurons outside the central nervous system, which constitute the enteric nervous system (ENS). The ENS is composed of approximately 100 million neurons that are capable of regulating the physiological functions of the gut autonomously and also receive input and send signals to the sympathetic and parasympathetic nervous system. Numerous clinical findings correlate gut inflammation with abnormalities in the ENS, revealing the importance of a better understanding of the neuro-immune interactions at this site. Macrophages comprise an essential innate immune cell residing both in the intestinal lamina propria and muscularis regions. These phagocytic cells play important roles in anti-microbial responses but also in tissue homeostasis, being able to quickly adapt their physiology in response to environmental cues. We evaluated the crosstalk between intestinal macrophages and surrounding enteric neurons, characterizing how these cells respond to possible infection in the intestinal lumen. Using in vivo and in vitro approaches, we found that macrophages in the intestinal muscularis quickly respond to a possible distal luminal infection, up regulating tissue-protective and wound repair genes, like Arg1 and Chi3l3. Also, our results indicate that the neurons trough norepinephrine release and subsequent activation of the β2 adrenergic receptor present on the intestinal macrophages are the ones up regulating tissue-protective and wound repair genes. We also observed that this pathway, trough the β2 adrenergic receptor activation seems to induce a neuro-protective role to these macrophages under tissue damage scenarios. All together our results indicate that a neuro-immune crosstalk between neurons and macrophages modulates macrophages response towards enteric infections and confers neuro-protection in case of tissue damage

O intestino apresenta a maior área do corpo exposta ao ambiente, recebendo constantemente antígenos provenientes da alimentação e de microrganismos. A fim de manter a homeostase, evitando respostas inflamatórias desnecessárias e ao mesmo tempo respondendo apropriadamente à possíveis ameaças ao tecido, as células intestinas tem que ser capazes de perceber e responder apropriadamente a uma diversa gama de perturbações vindas do ambiente. Além do seu vasto sistema imune o intestino também abriga o maior número de neurônios fora do sistema nervoso central, os quais compõe o Sistema Nervoso Entérico (SNE). O SNE é composto por aproximadamente 100 milhões de neurônios que são capazes de regular autonomamente diversas funções fisiológicas do intestino e também de receber e enviar sinais para os sistemas nervoso autônomo simpático e parassimpático. Diversas evidências clínicas correlacionam inflamações intestinais com alterações no SNE, demonstrando a importância de se entender melhor as relações neuroimunes presentes no intestino. Os macrófagos são células essências da imunidade inata que residem tanto na área do intestino conhecida como lâmina própria como também na área conhecida como muscularis. Essas células fagocíticas desempenham um importante papel nas respostas antibacterianas e também na manutenção da homeostase do tecido, sendo capazes de adaptar rapidamente sua fisiologia em resposta aos sinais ambientais. Neste trabalho avaliamos a existência de uma comunicação bidirecional entre macrófagos e neurônios intestinais. Caracterizamos as duas populações de macrófagos presentes no intestino em homeostase e após um estimulo com SpiB um mutante de Salmonella, avaliando assim como estas células respondem à sinais de infecção provenientes do lúmen intestinal. Utilizando abordagens in vivo e in vitro, observamos que os macrófagos presentes na região da muscularis respondem rapidamente a uma possível infecção presente no lúmen regulando positivamente genes de proteção tecidual e reparo de danos, como Arg1 e Chi3l3. Nossos resultados indicam ainda que são os neurônios através da liberação de norepinefrina capaz de ativar os receptores β2 adrenérgicos presentes nos macrófagos intestinais que induzem a expressão dos genes relacionados com a proteção tecidual e reparo de danos. Observamos ainda que esta via induzida através da ativação dos receptores β2 adrenérgicos parece conferir também aos macrófagos um papel neuro-protetor em caso de danos teciduais. Em conjunto nossos resultados indicam a presença de uma comunicação neuroimune bidirecional entre os neurônios e macrófagos intestinais capaz de modular a resposta dos macrófagos a uma infecção entérica e de proteger os neurônios em caso de danos teciduais / The intestine is the largest area of the body exposed to the environment, which receives food and microbe antigens. In order to maintain homeostasis, avoiding unnecessary inflammation, and at the same time responding properly to potential treats to the tissue, intestinal cells must be able to sense and respond properly to this diverse set of environmental perturbations. In addition to a vast immune system, the intestine also harbors the largest collection of neurons outside the central nervous system, which constitute the enteric nervous system (ENS). The ENS is composed of approximately 100 million neurons that are capable of regulating the physiological functions of the gut autonomously and also receive input and send signals to the sympathetic and parasympathetic nervous system. Numerous clinical findings correlate gut inflammation with abnormalities in the ENS, revealing the importance of a better understanding of the neuro-immune interactions at this site. Macrophages comprise an essential innate immune cell residing both in the intestinal lamina propria and muscularis regions. These phagocytic cells play important roles in anti-microbial responses but also in tissue homeostasis, being able to quickly adapt their physiology in response to environmental cues. We evaluated the crosstalk between intestinal macrophages and surrounding enteric neurons, characterizing how these cells respond to possible infection in the intestinal lumen. Using in vivo and in vitro approaches, we found that macrophages in the intestinal muscularis quickly respond to a possible distal luminal infection, up regulating tissue-protective and wound repair genes, like Arg1 and Chi3l3. Also, our results indicate that the neurons trough norepinephrine release and subsequent activation of the β2 adrenergic receptor present on the intestinal macrophages are the ones up regulating tissue-protective and wound repair genes. We also observed that this pathway, trough the β2 adrenergic receptor activation seems to induce a neuro-protective role to these macrophages under tissue damage scenarios. All together our results indicate that a neuro-immune crosstalk between neurons and macrophages modulates macrophages response towards enteric infections and confers neuro-protection in case of tissue damage