Inhibition of TLR4 and NLRP3 leads to the exacerbation of IgE specific antibodies in mouse allergic models based on subcutaneous or intranasal immunization respectively

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A significant increase in the prevalence of diseases linked with IgE production can be seen in recent years, but the question about the role of TLR receptors in this process remains controversial. According to the hygiene hypothesis, the decrease of the contact of the individual with pathogens that contain PRR receptor ligands in the recent years leads to the development of allergic diseases. The aim of this work was to investigate whether TLR4 and NLRP3 receptor activation contributes to allergen-specific antibody formation.

BALB/c mice were immunized according to two different protocols. In the first one, OVA antigen was administered in 0.1 µg dose 2-3 times a week for 6 weeks by subcutaneous route. In the second one, OVA was administered in 0.3 µg dose intranasally in combination with 4 ng of benzo(a)pyrene (BaP) 2 times a week for 8 weeks. In both cases, TLR4 and NLRP3 receptor inhibitors, namely TLR4-IN-C34 in 1 mg/kg dose and CY- 09 in 20 mg/kg dose respectively were also administered to the some of the mice. Specific antibody production was determined by ELISA.

Immunization of mice with TLR4-IN-C34 significantly (p < 0.01) amplify IgE production (about 2.5 times in comparison with control group), but has no effect on specific IgG1 production in subcutaneous model. Specific IgE titers in the control group immunized without small molecule inhibitor and in the TLR4-IN-C34 group were (3±0.6) × 103 and (8±2) × 103, respectively. In this model, CY-09 administration has no effect on humoral immune response. In the secondary (intranasal) model, BaP significantly increase specific IgE and IgG1 production. CY-09 but not TLR4-IN-C34 administered in combination with BaP significant (p < 0.05) and approximately 2 times enhances specific IgE but not IgG1 production. Specific IgE titers in the control group without inhibitor and in the CY-09 group were (2.0±0.4) × 102 and (5.1±0.3) × 102, respectively.

So, PRR-activation, in our case activation of TLR4 in the model based on subcutaneous immunization or NLRP3 in the model based on intranasal antigen administration with BaP suppressed the production of allergen-specific IgE, but not IgG1. These data are in consistent with the hygiene theory of allergy development.

About the authors

D. B. Chudakov

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: boris-chudakov@yandex.ru

PhD (Biology), Research Associate, Laboratory of Cell Interactions

Russian Federation, Moscow

O. A. Shustova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: boris-chudakov@yandex.ru

PhD (Biology), Junior Research Associate, Laboratory of Cell Interactions

Russian Federation, Moscow

M. V. Konovalova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: boris-chudakov@yandex.ru

PhD (Biology), Research Associate, Laboratory of Cell Interactions

Russian Federation, Moscow

R. A. Velichinskii

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: boris-chudakov@yandex.ru

Research Engineer, Laboratory of Cell Interactions

Russian Federation, Moscow

G. V. Fattakhova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: boris-chudakov@yandex.ru

PhD (Biology), Research Associate, Laboratory of Cell Interactions

Russian Federation, Moscow

References

  1. Белоглазов В.А., Лугачев Б.И. Молекулярные механизмы роли Толл-подобных рецепторов 4-го типа и убиквитин-модифицирующего фермента А20 в патогенезе бронхиальной астмы // Иммунология, 2019. Т. 40, № 1. С. 61-66. [Beloglazov V.A., Lugachyov B.I. Molecular mechanisms of the role of Toll-like receptors type 4 and ubiquitin-modifying enzyme A20 in the pathogenesis of bronchial asthma. Immunologiya = Immunologiya, 2019, Vol. 40, no 1, pp. 61-66. (In Russ.)]
  2. Захарова И.А. Распространенность бронхиальной астмы среди лиц молодого возраста, проживающих в крупном промышленном городе // Казанский медицинский журнал, 2014. Т. 95, № 4. С. 548-552. [Zakharova I.A. Prevalence of bronchial asthma among young people living in a large industrial city. Kazanskiy medicinskiy zhurnal = Kazan Medical Journal, 2014, Vol. 95, no. 4, pp. 548-552. (In Russ.)]
  3. Пирожков С.В., Литвицкий П.Ф. Роль инфламмасом в патогенезе социально-значимых заболеваний человека // Патологическая физиология и экспериментальная терапия, 2008. Т. 62, № 1. С. 77-89. [Pirozhkov S.V., Litvickij P.F. The role of inflammasomes in the pathogenesis of socially significant human diseases. Patologicheskaya fiziologiya i eksperimentalnaya terapiya = Pathological Physiology and Experimental Therapy, 2008, Vol. 62, no. 1, pp. 77-89. (In Russ.)]
  4. Русецкая Н.Ю., Логинова Н.Ю., Покровская Е.П., Чесовских Ю.С., Титова Л.Е. Редокс-регуляция NLRP3-опосредованного воспаления и пироптоза // Биомедицинская химия, 2023. Т. 69, № 6. С. 333-352. [Ruseckaya N.Yu., Loginova N.Yu., Pokrovskaya E.P., Chesovskih Yu.S., Titova L.E. Redox regulation of NLRP3-dependent inflammation and pyroptosis. Biomedicinskaya khimiya = Biomedical Chemistry, 2023, Vol. 69, no. 6, pp. 333-352. (In Russ.)]
  5. Сопрун Л.А., Акулин И.М., Лукашенко М.В., Чурилов Л.П., Старшинова А.А., Яблонский П.К. Твердые пылевые частицы и проблема их определения при бронхолегочной патологии (обзор литературы) // Медицинский альянс, 2019. Т. 7, № 4. С. 69-76. [Soprun L.A., Akulin I.M., Lukashenko M.V., Churilov L.P., Starshinova A.A., Yablonskij P.K. Solid dust particles and the problem of their determination in bronchopulmonary pathology (literature review). Medicinskiy aliyans = Medical Alliance, 2019, Vol. 7, no. 4, pp. 69-76. (In Russ.)]
  6. Chen Y., Li D., Sun L., Qi K., Shi L. Pharmacological inhibition of toll-like receptor 4 with TLR4-IN-C34 modulates the intestinal flora homeostasis and the MyD88/NF-B axis in ulcerative colitis. Eur. J. Pharmacol., 2022, Vol. 934, 175294. doi: 10.1016/j.ejphar.2022.175294.
  7. Chudakov D.B., Kotsareva O.D., Konovalova M.V., Tsaregorodtseva D.S., Shevchenko M.A., Sergeev A.A., Fattakhova G.V. Early IgE production is linked with extrafollicular B- and T-cell activation in low-dose allergy model. Vaccines (Basel), 2022, Vol. 10, no. 6, 969. doi: 10.3390/vaccines10060969.
  8. Hirota J.A., Gold M.J., Hiebert P.R., Parkinson L.G., Wee T., Smith D., Hansbro P.M., Carlsten C., VanEeden S., Sin D.D., McNaghy K.M., Knight D.A. The nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat protein 3 inflammasome/IL-1 receptor I axis mediates innate, but not adaptive, immune responses after exposure to particulate matter under 10 m. Am. J. Resipr. Cell Mol. Biol., 2015, Vol. 52, no. 1, pp 96-105.
  9. Hyde E.J., Wakelin K.A., Daniels N.J., Ghosh S., Ronchese F. Similar immune mechanisms control experimental airway eosinophilia elicited by different allergens and treatment protocols. BMC Immunol., 2019, Vol. 20, 18. doi: 10.1186/s12865-019-0295-y.
  10. Kim S., Kim S.Y., Pribis J.P., Lotze M., Mollen K.P., Shapiro R., Loughran P., Scott M.J., Billiar T.R. Signaling of high mobility group box 1 (HMGB1) through toll-like receptor 4 in macrophages requires CD14. Mol. Med., 2013, Vol. 19, no. 1, pp. 88-98.
  11. Lim K.-H., Chen L.-C., Hsu K., Chang C.-C., Chang C.-Y., Kao C.-W., Chang Y.-F., Chang M-C., Chen C.G. BAFF-driven NLRP3 inflammasome activation in B cells. Cell Death Dis., 2020, Vol. 11, 820. doi: 10.1038/s41419-020-03035-2.
  12. Trompette A., Divanovic S., Visintin A., Blanchard C., Hegde R.S., Madan R., Thorne P.S., Wills-Karp M., Gioannini T.L., Weiss J.P., Karp C.L. Allergenicity resulting from functional mimicry of a Toll-like receptor complex protein. Nature, 2009, Vol. 457, no. 7229, pp. 585-588.
  13. Tsuchiya K., Siddiqui S., Risse P.-A., Hirota N., Martic J.G. The presence of LPS in OVA inhalations affects airway inflammation and AHR but not remodeling in a rodent model of asthma. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol., 2012, Vol. 303, no 1, pp 54-63.
  14. van Tilburg Bernandes E., Arrieta M.-C. Hygiene hypothesis in asthma development: is hygiene to blame? Arch. Med. Res., 2017, Vol. 48, no 8, pp. 717-726.
  15. Yang M., Zhao L. The selective NLRP3-inflammasome inhibitor CY-09 ameliorates kidney injury in diabetic nephropathy by inhibiting NLRP3-inflammasome activation. Curr. Med. Chem., 2023, Vol. 30, no 28, pp. 3261-3270.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Effect of TLR4 and NLRP3 inhibitors on humoral response in a subcutaneous allergy model

Download (99KB)
3. Figure 2. Effect of TLR4 and NLRP3 inhibitors on the humoral response in the allergy model with intranasal immunization

Download (105KB)

Copyright (c) 2024 Chudakov D.B., Shustova O.A., Konovalova M.V., Velichinskii R.A., Fattakhova G.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».