Macrophage colony-stimulating factor induces the proliferation and survival of macrophages via a pathway involving DAP12 and β-catenin

Otero, K et al. 2009. Nature Immunology 10: 734-744

Speaker:陳奐勻                                   Time: 15:10~16:00, Oct 7, 2009

Commentator: 徐麗君老師               Place: Room 601

Abstract:

M-CSF又稱為CSF-1，由血管的內皮細胞形成，主要的功能是調控mononuclear phagocyte或osteoclast的 survival、proliferation及differentiation，並影響macrophage的分佈和移動。當CSF-1形成dimmer並與CSF-1R結合後會促進Tyr kinase 磷酸化，進一步活化下的訊息傳遞分子以影響myeloid cell的adhesion、proliferation、survival及differentiation。DAP12又稱為tyrobp或karap，大多表現在NK cell或myeloid cell上，是一個adaptor protein。 DAP12旁通常有DAP12-associated receptor可以協助DAP12訊息傳遞，包括在myeloid cell上的TREAM及NK cell上的NKp44等。本研究目的是在in vitro的實驗中作者發現受到M-CSF刺激以後 DAP12-deficient mononuclear phagocytesy在增生及存活明顯減少；在in vivo的實驗中也發現DAP12-deficient mice腦部microglial cells減少，且經過bone marrow transplantation後myeloid cells regeneration亦下降。作者進一步探討造成此現象的機制，透過Immunoblot analysis發現DAP12-Pyk2-β-catenin pathway(圖一)。

利用cell counting， PI analysis 及 Brdu Proliferation assay分析證明DAP12可降低細胞分裂效率，進而影響M-CSF所誘導的macrophage proliferation 及 survival；而DAP12 deficiency會造成細胞proliferation減少。接著作者以M-CSF deprivation處理證實DAP12基因缺失會影響macrophages存活並促進macrophages apoptosis。此外以Bone marrow chimeras發現DAP12 可抑制microglia 進行apoptosis進而達到保護的效果。上述現象作者首先推測與與 MAPKs pathway 有關，因此利用M-CSF刺激後，以Immunoblot analysis偵測MAPKs 相關的訊息傳遞分子，包括Erk、p-p90rsk、p-p38及Akt發現並未隨著處理時間延長而有顯著的差異；然而M-CSF刺激後，wild type在磷酸化的Erk、p-p90rsk、p-p38上均有隨著處理時間延長而有明顯減少，而DAP12-deficient  macrophage的Erk、p-p90rsk、p-p38上均有隨著treat時間延長而有明顯增加，由實驗結果得知受DAP12影響所誘導的macrophages增生與存活和MAPKs pathway 無關。因此作者進一步尋找與促進細胞增生及抑制apoptosis的相關 signal pathway，推測可能與 β-catenin pathway有關。 β-catenin pathway目前已知與cell adhesion及 cell cycle調控有關。偵測wild type及 DAP12-deficient macrophage 內磷酸化Tyr的變化，M-CSF刺激後，隨著處理時間延長wild type磷酸化Tyr表現量增加，然而DAP12-deficient macrophage 並未有相同情形，另外以densitometry分析入核β-catenin發現細胞質及進入細胞核內的β-catenin均增加，然而DAP12-deficient macrophage 則沒有差異由上述結果顯示M-CSF activates the β -catenin pathway。除此之外，作者進一步確認是否有任何分子參與在M-CSF–DAP12 pathway 中；以M-CSF刺激後， wild type隨著處理時間延長磷酸化的pyk2有增加的趨勢， 顯示在M-CSF刺激下，DAP12會透過pyk2促進BMDMs進行增生。

圖一、DAP12–Pyk2–β-catenin pathway。

在M-csf刺激下，Src促進DAP12磷酸化，DAP12進一步活化pyk2，透過pyk2使β-catenin磷酸化，並脫離E-cadherin complex與cofactor BCL9-2結合以進入細胞核；於細胞核中β-catenin與LEF結合以促進cycle-related genes1表現，包括 c-Myc, cyclin D1 and cyclin D2等，使BMDMs進行 proliferation。

References:

1. Daniel W et al. 2009. CSF-1R, DAP12 and β-catenin: a ménage à trios. Nature Immunology 7: 681-683.

2. Lewis L. Lanier et al. 2009. DAP10- and DAP12-associated receptors in innate immunity. Immunological Reviews 227:150-160.