Human lung macrophage polarization : a metabolomics study

Étude métabolomique de la polarisation des macrophages pulmonaires humains

Fanta Fall (1)

1 2I - Infection et inflammation

Lung macrophages are essential immune cells for defense against pathogens that colonize the respiratory tract and are also involved in the pathophysiology of inflammatory lung diseases such as asthma. Macrophages can be subject to polarization towards two phenotypes called M1 and M2. The M1 phenotype is induced by Toll-like Receptor agonists and promotes the inflammatory response while the M2 phenotype is induced by the canonical Th2 cytokines IL-4 and IL-13 and mainly performs immunoregulatory functions. This differentiation results in changes in phenotype (expression of membrane proteins, production of cytokines) and cellular functions. Polarization also has an impact on metabolism and the production of intracellular mediators.Our objective was to characterize the metabolomic alterations occurring during the M1/M2 polarization in human lung macrophages. Initially, non-targeted and targeted metabolomic methods by liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry and gas chromatography coupled with mass spectrometry were developed. These approaches were then applied to identify altered metabolic pathways during M1/M2 polarization (Krebs cycle, kynurenin and arachidonic acid pathways) and to quantify the mediators involved in regulating the inflammatory response, including oxysterols. This work provides a better understanding of cellular metabolism during the polarization of human lung macrophages.

Les macrophages pulmonaires sont des cellules immunitaires essentielles pour la défense contre les agents pathogènes qui colonisent les voies respiratoires et sont aussi impliqués dans la physiopathologie des maladies pulmonaires inflammatoires telles que l’asthme. Les macrophages peuvent être sujets à une polarisation vers deux phénotypes appelés M1 et M2. Le phénotype M1 est induit par les agonistes des Toll-like Récepteurs et promeut la réponse inflammatoire tandis que le phénotype M2 est induit par les cytokines Th2 canoniques IL-4 et IL-13 et exerce principalement des fonctions immunorégulatrices. Cette différenciation se traduit par des modifications du phénotype (expression de protéines de membrane, production de cytokines) et des fonctions cellulaires. La polarisation a aussi un impact sur le métabolisme et la production de médiateurs intracellulaires.Notre objectif etait de caractériser les altérations métabolomiques survenant aux cours de la polarisation M1/M2 de macrophages pulmonaires humains. Dans un premier temps, des méthodes métabolomiques non-ciblées et ciblées par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution et par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse ont été développées. Ces approches ont ensuite permis d’identifier des voies métaboliques altérées au cours de la polarisation M1/M2 (cycle de Krebs, voie des kunurénines et de l’acide arachidonique) et de quantifier les des médiateurs impliqués dans la régulation de la réaction inflammatoire, dont les oxystérols. Ces travaux permettent une meilleure compréhension du métabolisme cellulaire au cours de la polarisation des macrophages pulmonaires humains.

Mots clés: Macrophages; Cholesterol; Metabolomics; pharmacometabolomics; Oxysterols; Mass spectrometry

Mots clés: Macrophages pulmonaires; Cholesterol; Métabolomique; pharmacométabolomique; Oxystérols; Spectrométrie de masse

Domaines: Médecine humaine et pathologie

Fanta Fall. Étude métabolomique de la polarisation des macrophages pulmonaires humains. Médecine humaine et pathologie. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. Français. ⟨NNT : 2019SACLV064⟩. ⟨tel-02519099v2⟩