Study of the effect of hypoxia on activation, degranulation and oxidative profile of neutrophils in patients with alpha-1 antitrypsin deficiency

Abstract

[EN] The number of neutrophils in the lungs of patients with alpha 1 antitrypsin deficiency (AATD) is significantly higher than in those of healthy individuals, which could contribute to an increase in proteolytic activity and a greater damage in lung tissue, thus promoting the development of emphysema observed in some of the patients. We considered the overall objective of this research project to determine if hypoxia induces the activation of neutrophils in patients with AATD. According to our working hypothesis, tissue hypoxia would produce the activation of neutrophils, with the consequent release to the tissue environment of its proteinase content, which would increase its ability to damage lung tissue. On the other hand, the prolongation of neutrophil half-life caused by hypoxia will increase lung tissue exposure to activated neutrophils, which will contribute to the development of the inflammatory process through the release of inflammatory cytokines. The increase in the number of neutrophils in the lungs will contribute to decrease the local O2 levels, leading to an increase in the reactive oxygen species (ROS) quantity and a situation of oxidative damage in the biomolecules (DNA, lipids and proteins) that will contribute to the development of the damage in the lung tissue. In patients with AATD, the neutrophil-released proteinases and the increase in ROS is not eliminated correctly due to the existence of low plasma levels of alpha 1 antitrypsin (AAT). Based on the working hypothesis, we propose as specific objectives: a) Develop a protocol for a long-term study of the degranulation, oxidative profile, ROS production and gene expression in neutrophils from AATD patients and healthy volunteers. b) The determination of the differences of the previous parameters in neutrophils from healthy volunteers against different phenotypes of patients with AATD. The results show that hypoxia positively affects neutrophils degranulation and produces changes in the oxidative status and gene expression of hypoxia-inducible factors. Despite the targets of the study were pediatric patients from a rare disease and limitations in the number of patients impede the collection of robust data, the goal of creating a protocol for studying degranulation, oxidative damage, and gene expression variations was successfully achieved.

[ES] El número de neutrófilos en los pulmones de pacientes con déficit de alfa 1 antitripsina (DAAT) es significativamente más alto que en individuos sanos, lo que podría contribuir a un aumento de la actividad proteolítica y un mayor daño en el tejido pulmonar, promoviendo así al desarrollo de enfisema observado en algunos de los pacientes. Consideramos que el objetivo general de este proyecto de investigación es determinar si la hipoxia induce la activación de neutrófilos en pacientes con DAAT. De acuerdo con nuestra hipótesis de trabajo, la hipoxia tisular produciría la activación de neutrófilos, con la consecuente liberación al contenido tisular de proteinasas, lo que aumentaría su capacidad de dañar el tejido pulmonar. Por otro lado, la prolongación de la vida media de los neutrófilos causada por la hipoxia aumentaría la exposición del tejido pulmonar a los neutrófilos activados, lo que puede contribuir al desarrollo del proceso inflamatorio a través de la liberación de citoquinas inflamatorias. El aumento en el número de neutrófilos pulmonares contribuirá a disminuir los niveles locales de O2, lo que lleva a un aumento en la cantidad de especies reactivas de oxígeno (ERO) y una situación de daño oxidativo en las biomoléculas (ADN, lípidos y proteínas) que contribuirán al desarrollo del daño en el tejido pulmonar. En pacientes con DAAT, las proteinasas liberadas por neutrófilos y el aumento de ERO no se eliminan correctamente debido a la existencia de niveles plasmáticos bajos de alfa 1 antitripsina. Con base en la hipótesis de trabajo, proponemos como objetivos específicos: a) Desarrollar un protocolo para un estudio a largo plazo de la degranulación, el perfil oxidativo, la producción de ROS y la expresión génica en neutrófilos de pacientes con AATD y voluntarios sanos. b) La determinación de las diferencias de los parámetros previos en neutrófilos de voluntarios sanos frente a diferentes fenotipos de pacientes con AATD. Los resultados muestran que la hipoxia afecta positivamente a la degranulación de neutrófilos y produce cambios en el estado oxidativo y la expresión génica de factores inducibles por hipoxia. A pesar de que los objetivos del estudio fueron pacientes pediátricos de una enfermedad rara y las limitaciones en el número de pacientes impiden la recopilación de datos sólidos, se logró con éxito el objetivo de crear un protocolo para estudiar la degranulación, el daño oxidativo y las variaciones de expresión génica.