Dissecting the role of Profilin-1 in microglial cell function: the impact on ROS production

Abstract

Microglial cells are the resident immune cells of central nervous system (CNS) and the major players in neuroinflammation. These cells are also responsible for surveilling the neuronal microenvironment, and upon injury to the CNS they change their morphology and molecular profile and become activated. Activated status is associated with microglia proliferation, migration to injury foci, increased phagocytic capacity, production and release of reactive oxygen species (ROS), cytokines (pro- or anti-inflammatory) and reactive nitrogen species. Microglia activation is crucial for tissue repair in the healthy brain. However, their chronic activation or deregulation might contribute for the pathophysiology of neurodegenerative diseases. A better understanding of the mechanisms underlying microglial cell activation is important for defining targets and develop appropriate therapeutic strategies to control the chronic activation of microglia. It has been observed an increase in profilin (Pfn) mRNA in microglial cells in the rat hippocampus after unilateral ablation of its major extrinsic input, the entorhinal cortex. This observation suggested that Pfn might be involved in microglia activation. Pfn1 is an actin binding protein that controls assembly and disassembly of actin filaments and is important for several cellular processes, including, motility, cell proliferation and survival. Here, we studied the role of Pfn1 in microglial cell function. For that, we used primary cortical microglial cell cultures and microglial cell lines in which we knocked down Pfn1 expression and assessed the activation status of microglia, based on classical activation markers, such as: phagocytosis, glutamate release, reactive oxygen species (ROS), pro- and anti-inflammatory cytokines. We demonstrated that Pfn1 (i) is more active in hypoxia-challenged microglia, (ii) modulates microglia pro- and anti-inflammatory signatures and (iii) plays a critical role in ROS generation in microglia. Altogether, we conclude that Pfn1 is a key protein for microglia homeostasis, playing an essential role in their activation, regardless the polarization into a pro or anti-inflammatory signature.

As células da microglia são células imunes residentes no sistema nervoso central (SNC) e desempenham um papel importante em processos neuroinflamatórios. Estas células são responsáveis por monitorizar o parênquima neuronal, sendo capazes de responder rapidamente a danos no SNC. Após ativação, a microglia altera a sua morfologia e o seu perfil de expressão de proteínas. O processo de ativação induz a proliferação, migração para a foco da lesão, aumento da capacidade fagocítica, bem como produção e libertação de espécies reativas de oxigénio (EROs), espécies reativas de azoto e citocinas (pro- e anti-inflamatórias). A ativação da microglia é essencial para a reparação de tecidos e a manutenção da homeostasia do SNC. No entanto, a ativação crónica ou a sua desregulação podem contribuir para a patofisiologia de doenças neurodegenerativas. Assim sendo, o estudo dos mecanismos subjacentes à ativação das células da microglia é importante para ajudar a definir e desenvolver estratégias terapêuticas apropriadas para prevenir a sua ativação crónica. Um estudo anterior reportou o aumento dos níveis de RNAm da profilina (Pfn) em células da microglia no hipocampus de ratos após lesão unilateral no córtex entorrinal, sugerindo que a Pfn poderá estar envolvida no processo de ativação da microglia. A Pfn1 é uma proteína de ligação à actina que regula a polimerização do citoesqueleto de actina, sendo importante em diversos processos celulares, incluindo motilidade, proliferação e sobrevivência. Neste trabalho, nós estudamos o papel da Pfn1 na função da microglia. Para tal, utilizamos linhas celulares e células primárias de microglias corticais de rato nas quais reduzimos a expressão da Pfn1 e avaliamos o seu estado de ativação com base em marcadores clássicos de ativação, tais como: fagocitose, libertação de glutamato, produção e libertação de EROs e citocinas pro- e anti-inflamatórias. Nós demonstramos que a Pfn1 (i) se encontra mais ativa após estímulo da microglia por hipoxia, (ii) modula as assinaturas pro- e anti-inflamatória da microglia e (iii) desempenha um papel importante na produção de EROs pela microglia. Nesse estudo concluímos que a Pfn1 é uma proteína importante para o funcionamento da microglia, desempenhando um papel essencial na ativação da microglia, independentemente da polarização pró ou anti-inflamatória.