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Deciphering the role of STAT1 signaling in myeloid cells in extramedullary erythropoiesis and megakaryopoiesis during murine cytomegalovirus (MCMV) infection
Svetlana Pahernik
Tanja Bulat
Birgit Strobl
Master thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2022
Extramedullary haematopoiesis (EMH) is the formation of blood cells outside the bone marrow. In adults, EMH compensates for an increased blood cell demand during infection and inflammation, in particular when bone marrow haematopoiesis in suppressed. Signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) is a key transcription factor used by all types of interferons (IFNs). We have shown previously that mice lacking STAT1 in myeloid cells (Stat1ΔM/PMN) have impaired EMH upon infection with murine cytomegalovirus (MCMV) and during sterile inflammation, as evidenced by lower numbers of erythroblasts and megakaryocytes in the spleen. To better understand the mechanism, we assessed the abundance and the proliferative state of their immediate precursors, the colony-forming unit erythroid (CFU-E) and megakaryocyte progenitors (MkP), in spleen and bone marrow at day 3 and day 5 post infection. In addition, we measured levels of cytokines and chemokines that are important in haematopoiesis in the spleen. We show that MCMV infection induces the appearance of CFU-E and MkP in spleens, whereas their frequencies in the bone marrow remains unchanged. The abundance and proliferative state of CFU-E was similar between Stat1ΔM/PMN mice and littermate controls (Stat1fl/flmice), indicating that STAT1 signaling in myeloid cells affects erythropoiesis at later developmental stages, such as the differentiation of CFU-E into erythroblasts or erythroblast proliferation/survival. In contrast, Stat1ΔM/PMN mice had an even higher frequency of splenic MkP than littermate controls, which was associated with a slightly increased proliferative rate. Albeit further studies are needed, this may indicate that myeloid cells promote the differentiation of MkP into megakaryocytes through STAT1-dependent mechanisms. In the bone marrow, the frequency and proliferative state of MkP was similar between Stat1ΔM/PMN and control mice. With respect to cytokines/chemokines, we found increased MCMV-induced upregulation of splenic interleukin-6 (IL-6), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), IFNγ and stem cell factor (SCF) and increased downregulation of IL-11 in Stat1ΔM/PMN compared to control mice. Erythropoietin (EPO), C-X-C motif chemokine 12 (CXCL12) and leukemia inhibitory factor (LIF) levels were similar in mice of the two genotypes. Taken together, our data indicate that STAT1 in myeloid cell regulates splenic EMH at multiple levels and support the notion that EMH does not simply mirror haematopoietic responses in the bone marrow.
Masterarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2022
Die Blutbildung außerhalb des Knochenmarks wird als extramedulläre Hämatopoese (EMH) bezeichnet. Im adulten Organismus kommt EMH vor, wenn durch Infektionen oder Entzündungen die Blutbildung im Knochenmark nicht ausreichend ist. “Signal transducer and activator of transcription 1” (STAT1) ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor, der von allen Typen an Interferonen (IFN) benutzt wird. Studien aus unserem Labor zeigten, dass Mäuse, denen STAT1 in myeloiden Zellen fehlt (Stat1ΔM/PMN Mäuse), nach Infektion mit dem murinen Cytomegalovirus (MCMV) und während steriler Entzündung, mangelhafte EMH mit einer stark reduzierten Anzahl an Erythroblasten und Megakaryozyten in der Milz aufweisen. Um den Mechanismus besser zu verstehen, haben wir die Anzahl und Proliferation der unmittelbaren Vorläufer von Erythroblasten und Megakaryozyten, den CFU-E und MkP, in der Milz und dem Knochenmark am Tag 3 und 5 nach der MCMV Infektion bestimmt. Zusätzlich wurden Zytokine und Chemokine, die Hämatopoese regulieren können, in der Milz gemessen. Wir konnten zeigen, dass MCMV Infektion das Auftreten von CFU-E und MkP in der Milz induziert, während sich deren Anzahl im Knochenmark nicht verändert. Die Anzahl und Proliferation von CFU-E in der Milz von Stat1ΔM/PMN Mäusen war vergleichbar zu Wurfgeschwistern (Stat1fl/fl Mäuse), was nahelegt, dass STAT1 in myeloiden Zellen im späteren Verlauf der Erythropoese, z.B. bei der Differenzierung von CFU-E zu Erythroblasten, eine Funktion hat oder das Überleben oder die Vermehrung der Erythroblasten unterstützt. Im Gegensatz dazu, beobachteten wir eine höhere Anzahl und leicht erhöhte Proliferation von MkP in der Milz von Stat1ΔM/PMN Mäusen. Obwohl weitere Experimente von Nöten sind, könnte dies darauf hinweisen, dass myeloide Zellen mittels STAT1 die Differenzierung von MkP in Megakaryozyten fördern. Zwischen Stat1ΔM/PMN und Stat1fl/fl Mäusen gab es keinen Unterschied in der Anzahl und Proliferation von MkP im Knochenmark. In der Milz fanden wir erhöhte Konzentrationen an Interleukin-6 (IL-6), Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierenden Faktor (GM-CSF), IFNγ und Stammzellfaktor (SCF) und erniedrigte Konzentrationen an IL-11 in MCMV-infizierten Stat1ΔM/PMN Mäusen im Vergleich zu Kontrollen. Die Mengen an Erythropoetin (EPO), C-X-C-Motiv-Chemokin 12 (CXCL12), und Leukämiehemmendem Faktor (LIF) waren ähnlich in Milzen von Mäusen beider Gentoypen. Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass STAT1 in myeloiden Zellen EMH in der Milz auf verschiedenen Ebenen reguliert und dass EMH nicht einfach nur infektionsinduzierte Haematopoiese im Knochenmark widerspiegelt.
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2022
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