Determination of arginase 1 and nitric oxide synthase expression during pregnancy and toxoplasma gondii infection

Abstract

Toxoplasma gondii is considered to be the world’s most successful zoonotic parasite, causing congenital toxoplasmosis, a prevalent disease worldwide with serious implications for the fetus. The mechanisms playing a role in the induction of pathology during infection are not clear, but are potentially associated with disruption of normal homeostatic immunological pathways including macrophage activation. Macrophages have a variety of activation states, being able to adapt their functions to environmental changes of cytokines, described as innate (TLR ligation), classical/M1 (TLR ligation with IFN) or alternative/M2 (IL4Ralpha ligation) activation states. Thus, while classical macrophage activation can control replication through induction of inducible nitric oxide synthase (NOS2), alternative activation can control parasite replication through induction of arginase 1 (Arg-1) and depletion of arginine. Our study was focused on the effects of T. gondii infection on Arg-1 and NOS2 expression at the fetomaternal interface (FMI) and systemic level (peritoneal exudate cells and spleen cells) using the mice model. Infection of pregnant BALB/c and C57Bl/6 (B6) mice with a type II strain of T. gondii allowed the follow-up of pregnancy. Morphometric analysis of decidua and placenta was performed using haematoxylin-eosin sections of the fetoplacental units. The parasite loads’ evaluation was done by quantitative Real Time-PCR (q-PCR) using Taqman probes. Arg-1 and NOS2 expression were evaluated by qRT-PCR, immunohistochemistry and Western Blotting. It was observed a significant decrease in placental and decidual areas in infected B6 compared to control but not in Balb/c mice. Immunohistochemical analysis indicated an increased expression of Arg-1 and a decreased expression of NOS2 in the decidua from infected compared to control animals from both strains of mice. This indicates that infection interferes with the process of placentation delaying decidualization and this might be correlated with altered expression of Arg-1 and NOS2 in B6 but not in Balb/c mice. This work aims not only understanding the role of macrophage activation in congenital infection by T. gondii, but also should provide valuable information regarding the role of macrophages during healthy pregnancy and infection complicated pregnancy.

Toxoplasma gondii é considerado um parasita zoonótico, causando toxoplasmose congênita, uma doença prevalente em todo o mundo com implicações graves para o feto. Os mecanismos que desempenham um papel, induzindo patologia durante a infeção por este parasita não são claros, mas são potencialmente associados com alterações dos processos homeostáticos imunológicos normais, incluindo a ativação de macrófagos. Os macrófagos apresentam uma variedade de estadios de ativação descritos como ativação inata (ligação TLR), clássica/M1 (ligação TLR com IFN) ou alternativa/M2 (ligação IL4Ralpha). Assim, enquanto os macrófagos M1 controlam a replicação dos parasitas pela indução de sintetase do óxido nítrico induzível (NOS2), os macrófagos M2 controlam a replicação dos parasitas induzindo a arginase-1 (Arg-1) e depletando a arginina. O nosso estudo incidiu sobre os efeitos da infeção por T. gondii, na expressão de Arg-1 e de NOS2 na interface feto-materna (FMI) e a nível sistémico (células de exsudado peritoneal e células do baço) utilizando murganhos como modelo de estudo. A infeção de animais gestantes Balb/c e C57BL/6 (B6) com uma estirpe de T. gondii tipo II permitiu o acompanhamento da gravidez. A análise morfométrica da decídua e da placenta foi realizada utilizando seções de unidades fetoplacentárias coradas com hematoxilina-eosina. A determinação da carga parasitária foi realizada por PCR quantitativo em tempo real utilizando sondas Taqman (q-PCR). A expressão de Arg-1 e NOS2 foi avaliada por qRT-PCR, Imuno-histoquímica e Western-Blotting. Observou-se uma diminuição significativa na área da placenta e da decídua em B6 infetados em comparação com os animais controlo, mas não nos animais Balb/c. A análise imunohistoquímica indicou um aumento da expressão de Arg-1 e uma diminuição da expressão de NOS2 na decídua de animais infetados em comparação com os animais controlo em ambas as estirpes. Os resultados obtidos sugerem que a infeção interfere com o processo de placentação atrasando a decidualização, podendo existir uma relação com as alterações da expressão de Arg-1 e NOS2 nos B6, mas não nos animais Balb/c. O trabalho desenvolvido visa não só a compreensão do papel da ativação de macrófagos na infeção congénita pelo T. gondii, mas poderá fornecer informações essenciais sobre o papel dos macrófagos durante uma gravidez saudável e uma gravidez com infeção.