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Title: Studies of functional immunology in sea bass (Dicentrarchus labrax L.): IgT immonuglobulins and interleukin-4/13
Other Titles: Studi di immunologia funzionale in spigola (Dicentrarchus labrax L.): immunoglobine di tipo T e interleuchina -4/13
Authors: Stocchi, Valentina
Keywords: Immunology;Sea bass;IgT;Immonuglobulins;interleukin-4/13;Immunologia;Spigola;Immunoglobulina di tipo T;IL-4/13;BIO/05
Issue Date: 5-May-2016
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 28. ciclo
Teleost fish form a large group with about 20,000 identified species, in comparison to about 10,000 species for birds, and only around 5700 species for mammals. They are adapted to different environments as, for instance, Perciformes that are present both in freshwater and marine habitats, including Antarctic. Fish can be infected by viruses (rhabdoviruses, bornaviruses, reoviruses, nodaviruses, iridoviruses, herpesviruses, etc.), bacteria (Vibrio, Aeromonas, Flavobacterium, Yersinia, Lactococcus, Mycobacterium, etc.), and many other Metazoan parasites. Thus, it is expected that a considerable diversity of host/pathogen interactions characterize fish immune defense mechanisms.
European sea bass (Dicentrarchus labrax L.) is a marine species of great economic importance, especially in Mediterranean aquaculture. However, numerous pathogenic viruses, bacteria, parasites affect this species, causing various infectious diseases that lead to the most heavy losses in aquaculture.
B and T lymphocytes mediate the specific responses of adaptive immunity in jawed vertebrates. One of the classical B cell function is the production of antibodies (or immunoglobulins) to specifically neutralize pathogens. Immunoglobulins (Igs) are critical factors of the adaptive immune system and they have been found in all vertebrates with jaws (gnathostomes) investigated to date (Flajnik and Kasahara, 2010). Different Igs isotypes have been identified in vertebrates; in teleost fish it was recognized, until about ten years ago, only the presence of two Ig isotypes: IgM, a tetrameric molecule highly used to verify the systemic immune-response against pathogens being the most abundant Ig in the serum (Sunyer, 2012), and IgD, a monomeric immunoglobulin whose function still need to be fully characterized (Edholm et al., 2011). In 2005, a new Ig was found at the same time in rainbow trout (Onchorynchus mykiss) and in zebrafish (Danio rerio) and named in two different ways: IgT (from trout, Hansen et al., 2005) and IgZ (from zebrafish, Danilova et al., 2005), respectively. After that, other IgT/IgZ sequences have been identified in different fish species. The functional characterization of IgT has been first performed in rainbow trout and this molecule has been considered mainly involved in mucosal immunity (Zhang et al, 2010). The first part of this PhD thesis has been focused on sea bass IgT. Several IgT partial sequences were identified from our available sea bass gills transcriptome and allowed to design diverse primers for initial cloning and successive 3’- and 5’-RACE amplification of IgT molecule. The obtained PCR products were used to reconstitute the full-length cDNA corresponding to a sea bass IgT heavy chain subunit (accession number KM410929) composed of 552 aa. The V-domain of sea bass IgT contains the typical amino acids conserved in all sequences of immunoglobulin and T cell receptors (Lefranc 1999 Lefranc et al., 2003). The entire C-DOMAIN could be divided in four CH domains as it happens in most IgT heavy chains. The four sea bass constant domains contain (CH1-CH4) the
cysteine and tryptophan residues required for their correct folding (Lesk and Chothia, 1982). A 3D model of sea bass IgT has been generated by comparative modelling after selection of the best template available in PDB. The template structure selected is identified by PDB code 1IGT, an intact Ig gamma-2A monoclonal antibody from mouse. Un-stimulated sea bass juveniles were used to investigate IgT and IgM transcript levels in different organs and tissues. The highest IgT expression was found in muscle, followed by gut, gills and thymus, whereas IgM maximum expression was in brain, followed by spleen, thymus and liver. Moreover, the transcripts levels of IgT in gut and gills were much higher compared to IgM (Figure 1). This suggests that the IgM have a predominant role in systemic responses, whereas IgT is the key participant in mucosal surfaces, as demonstrated in rainbow trout (Zhang et al., 2010).
Figure 1. IgT and IgM sea bass basal expression in different tissues. IgT and IgM mRNA levels were expressed as a ratio relative to rRNA 18S levels in the same tissue after real-time PCR analysis using the IgT in brain as calibrator. Data were expressed as the mean ± SD. ** indicates that IgT are significantly different from IgM with p < 0.01; *** indicates that IgT are significantly different from IgM with p < 0.001.
ISH analysis of spleen and head kidney sections revealed the presence of IgT-expressing cells in sea bass organs, as demonstrated in mandarin fish (Siniperca chuatsi) (Tian et al.,2009). To investigate IgT localization, we produced a polyclonal antibody against sea bass IgT (raIgT1) and used it to identify the IgT molecule in immunoblotting on total sea bass immunoglobulins purified from head kidney leukocytes. Immunoblot analysis showed that the IgT polyclonal antibody reacted with a band possibly corresponding to sea bass IgT. Under reducing conditions, the molecular mass was of ~75 kDa, in agreement with corresponding results in rainbow trout (Zhang et al., 2010). We used immunofluorescence and immunoistochemistry analysis of spleen and head kidney leukocytes to highlight the IgT+ B and IgM+ B cell subpopulations using raIgT1 and a monoclonal antibody to
sea bass IgM (DLIg3). The results confirmed the absence of double-positive IgT+ IgM+ cells and, in this way, we could demonstrate the presence of a sea bass B cell lineage that expressed only IgT, as it happens in rainbow trout (Zhang et al., 2010). The obtained results are of high interest for a preliminary view on the possible function of IgT in sea bass, especially taking into consideration the involvement of the mucosal tissues in the immune response against pathogens.
Another subject of this thesis was related to cytokines that interact with T cells. Conventional T cells can be divided into T cytotoxic (Tc) or T helper (Th) cells, distinguished by the expression of the membrane bound glycoproteins CD8 or CD4, respectively. CD4+ T lymphocytes can be further classified according to the expression of specific transcription factors and the secretion of different cytokines combinations in: Th1, Th2, Th17 and Treg. GATA-3, however, is the master transcription factor that mediates the differentiation of Th cells towards a Th2 profile. Mammalian Th2 cells produce the cytokines IL-4, IL-5, and IL-13 that stimulate B cells to secrete different antibody isotypes and thus control extracellular infections. The second part of my PhD thesis was focused on studying the IL4/13 cytokine in sea bass. The first fish IL-4/IL-13 related gene was identified adjacent to RAD50 in the pufferfish (Tetraodon nigroviridis) genome (Li et al., 2007). A second IL-4/IL-13 like gene was discovered in zebrafish (Danio rerio) at a different locus (close to KIF3A) (Bird and Secembes, 2006). Hence, the two genes were called IL-4/13A (close to RAD50) and IL-4/13B (close to KIF3A) (Ohtani et al., 2008). In the sea bass gills transcriptome and sea bass available genome, we have identified two isoforms of the IL-4/13A gene, called IL-4/13A1 and IL-4/13A2 (therefore close to RAD50), and, on another chromosome, we identified a third isoform, called IL-4/13B (close to KIF3A), probably originated by gene duplication events (McCormick and Heller, 2015; Ohtani et al., 2008). IL-4/13 sea bass genes encode proteins of 140 (IL-4/13B), 133 (IL-4/13A1) and 131 (IL-4/13 A2) amino acids, respectively (accession numbers KJ818331-3).
Un-stimulated sea bass juveniles were used to investigate IL -4/13 isoforms isoforms transcript levels in different organs and tissues. To gain a further insight into IL-4/13 isoforms involvement in sea bass immune system responses, we performed an in vitro expression analysis by real-time PCR using head kidney and spleen leukocytes stimulated with phytohaemagglutinin (PHA) and phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA).
PHA stimulation in HK cells increased the expression of IL-4/13B and IL-4/13A1 transcripts after 4 and 24h, whereas in spleen the treatment increased the expression of all IL-4/13 isoforms after 4 h (see table 1), as demonstrated in rainbow trout (Wang et al., 2016).
Table 1: PHA stimulation in HK and spleen leukocytes . The data are expressed as high up-modulation of the expression (+++), modest up-modulation (++), light up-modulation (+); as high down-modulation of the expression (---), modest down-modulation (--), light down-modulation (-),* indicates p <0.05.
PMA stimulation in HK and spleen leukocytes increased the expression of IL-4/13 isoforms after 4h and IL-4/13B only adter 24 h (see table 2).
Table 2: PMA stimulation in HK and spleen leukocytes . The data are expressed as high up-modulation of the expression (+++), modest up-modulation (++), light up-modulation (+); as high down-modulation of the expression (---), modest down-modulation (--), light down-modulation (-), * indicates p <0.05.
We can state that, as observed in rainbow trout, both PHA and PMA are able to stimulate the expression of the IL-4/13 isoforms with different kinetics both in head kidney and spleen leukocytes.
Moreover, we have produced in E. coli the recombinant sea bass IL-4/13 isoforms and we have analyzed the biological activity of these proteins performing in vitro stimulations on HK and spleen leukocytes. In particular, we have studied the modulation of the expression of different target genes related to the immune system, like cytokine receptors (rIL-4a, rIL-4b, rIL-13a1, rIL-13a2), IL-10, SOCS3, SAP1, hepcidin and different immunoglobulin isotypes (IgM, IgT and IgD).
We can state that the recombinant sea bass IL-4/13 isoforms are able to stimulate the expression of the target genes with different kinetics both in the head kidney and in spleen leukocutes. In head kidney cells the recombinant IL-4/13B modulates the expression of target genes after 4h from stimulation, whereas the recombinants IL-4/13A modulate the expression of the majority of target genes after 24h (see Table 3A). In spleen cells the recombinants IL-4/13B and A2 modulate the expression of target genes both at 4 and 24 h after stimulation, while for the recombinant IL-4/13A1 the modulation is less evident (see Table 3B).
SAP 1 and HEP are involved in the response to pathogens and have an important role in the activation of the adaptive immune responses. The rapid up-regulation of the expression of SAP1 and hepcidin after 24 h from the stimulation with the IL-4/13A recombinants in HK cells, suggests a role of these type-2 cytokines in the resolution of infection (see also Whang et al.,2016). Rapid up-regulation of IL-4a/b and IL-13a1/a2 expression may suggest a self-amplification mechanism of signaling specific to these cytokines, caused to the specific recognition of the ligand with its receptor. Rapid up-regulation of anti-inflammatory genes, as IL-10 and SOCS3, suggest an anti-inflammatory role of fish type-2 cytokines, as observed in mammals where IL-4 and IL-13 are able to suppress the expression of pro-inflammatory genes (Bhattacharjee et al., 2013).
Table 3: Changes of the target gene expression after stimulation with the recombinant IL-4/13 isoforms. A) Modulation of genes in HK leukocytes ; B) Modulation of genes in spleen leukocytes . The data are expressed as high up-modulation of the expression (+++), modest up-modulation (++), light up-modulation (+); as high down-modulation of the expression (---), modest down-modulation (--), light down-modulation (-), empty box means no modulation, * indicates p <0.05 and p<0.01.
Finally, we have studied the expression of IL-4/13 isoforms after different vaccination procedures using two pathogens, a virus (the Nodavirus or NNV) and a bacterium (Vibrio anguillarum) (Figure 2).
Figure 2: Modulation of the expression of sea bass IL-4/13A1, A2 and IL-4/13B in head kidney leukocytes after vaccination with Vibrio anguillarum. The IL-4/13 gene expression analysis after vaccination for 24h and 48h with 2 X 106 CFU ml-1 of inactivated Vibrio (Aquavac Vibrio Oral, ISPAH). mRNA levels were normalized to rRNA18 levels and calibrated against the non-stimulated 0 h control. Data were expressed as the mean ± SD. * indicates p < 0.05.
The expression of IL-4/13 isoforms in sea bass vaccinated with NNV decreased from 24h to 48 h after the treatment, whereas in sea bass vaccinated with Vibrio anguillarum IL-4/13 isoforms transcript levels were highly up-regulated after 24h. In sea bass, we observed that the IL-4/13 isoforms in head kidney leukocytes seem to be modulated by the bacterial stimulus and, therefore, these cytokines might be useful markers of the immune responses against bacterial pathogens.
Whang et al. (2016) have recently suggested that the expression of IL-4/13 isoforms in fish could be used as a novel molecular marker in evaluating vaccine efficacy in aquaculture.
In conclusion, in this study we have addressed two issues related to the adaptive immune responses in sea bass. The obtained results are of interest both in relation the evolution of the immune system in vertebrates and for practical applications in aquaculture.

I pesci Teleostei costituiscono un corposo gruppo con più di 20000 specie conosciute, in confronto
alle 10000 specie di uccelli, e solo circa 5700 specie di mammiferi.
I Teleostei sono adattati a differenti ambienti come, ad esempio, i Perciformi che sono presenti sia
in acqua dolce sia in ambienti marini, tra cui l’Antartide.
I pesci possono essere infettati da virus (rhabdoviruses, bornaviruses, reoviruses, nodaviruses,
iridoviruses, herpesviruses, etc.), batteri (Vibrio, Aeromonas, Flavobacterium, Yersinia,
Lactococcus, Mycobacterium, etc.) e molti altri parassiti.
Dunque, ci si aspetta che una notevole diversità delle interazioni ospite/patogeno caratterizzano i
meccanismi di difesa del sistema immunitario dei pesci.
La spigola europea o branzino (Dicentrarchus labrax L.) è una specie marina di grande importanza
economica, in particolar modo nell’acquacoltura del Mediterraneo. Tuttavia, numerosi virus, batteri,
e altri patogeni attaccano questa specie, causando varie patologie che possono determinare massive
perdite in acquacoltura.
I linfociti B e T sono tra le principali cellule che mediano le risposte specifiche dell’immunità
adattativa nei vertebrati con mascella. Una delle funzioni classiche delle cellule B è la produzione di
anticorpi (o immunoglobuline) specialmente per neutralizzare i patogeni. Le immunoglobuline (Igs)
sono fattori importanti del sistema immunitario adattativo e fino ad oggi, sono stati trovati in tutti
gli Gnatostomi (Flajnik e Kasahara, 2010). Nei vertebrati sono stati individuati diversi isotipi di Igs
mentre nei pesci Teleostei, fino a circa 10 anni fa, erano stati ritrovati, solo due isotipi di Igs: le
IgM, una molecola tetramerica utilizzata principalmente per verificare la risposta immunitaria
specifica contro i patogeni (Sunyer, 2012) e le IgD, una immunoglobulina monomerica la cui
funzione ancora deve essere caratterizzata completamente (Edholm et al., 2011).
Nel 2005 una nuova Ig è stata trovata, contemporaneamente, sia in trota iridea (Onchorynchus
mykiss) che nel pesce zebra (Danio rerio) e denominata, rispettivamente, IgT (Hansen et al., 2005)
e IgZ (Danilova et al., 2005). Successivamente, altre sequenze IgT/IgZ sono state identificate in
diverse altre specie di pesci. La caratterizzazione funzionale di IgT è stata effettuata la prima volta
nella trota arcobaleno (Onchorynchus mykiss) ed tale molecola è considerata principalmente
coinvolta nella immunità mucosale (Zhang et al, 2010).
La prima parte di questa tesi di Dottorato è stata focalizzata nello studio delle IgT in spigola. Nel
trascrittoma di branchie di spigola, a disposizione nel nostro laboratorio (Nunez Ortiz et al., 2014),
abbiamo identificato diverse sequenze parziali di IgT che ci hanno permesso di disegnare diversi
primers utili per il clonaggio iniziale di questa molecola. Successivamente, mediante 3’ e 5’ RACEPCR,
è stato possibile effettuare la ricostruzione dell’intera sequenza codificante la catena pesante
dell’IgT secreta di spigola (accession number KM410929), che è risultata formata da 552
Il dominio variabile (V) della IgT di spigola, presenta i tipici amminoacidi conservati in tutte le
sequenze delle immunoglobuline e dei recettori delle cellule T (Lefranc 1999, Lefranc et al., 2003).
Inoltre, l’intero dominio costante (C) risulta essere diviso in quattro domini CH come avviene nella
maggior parte delle catene pesanti delle IgT. In spigola i quattro domini costanti (CH1-CH4)
contengono i residui di cisteina e di triptofano necessari per il folding corretto dei domini
immunoglobulinici (IgSF) (Lesk and Chothia, 1982). Il modello 3D dell’IgT di spigola è stato
ottenuto mediante modellamento comparativo dopo aver selezionato il migliore modello disponibile
in PDB. La struttura del modello preso in esame è identificata dal codice PDB: 1IGT, anticorpo
monoclonale Ig gamma-2 A di topo.
Spigole giovanili non stimolate sono state utilizzate per studiare i livelli dei trascritti delle IgT e
delle IgM in differenti organi e tessuti. Elevati livelli di trascrizione delle IgT sono stati osservati
nel muscolo, seguito da intestino, branchie e timo; mentre la massima espressione delle IgM è stata
ritrovata nel cervello, seguito da milza, timo e fegato. Inoltre i livelli dei trascritti delle IgT
nell’intestino e nelle branchie sono, in generale, molto più elevati rispetto ai livelli di espressione
dei trascritti delle IgM (Figura 1). Ciò suggerisce che le IgM presentano un ruolo nelle risposte
immunitarie sistemiche, mentre le IgT potrebbero essere specializzate nella immunità mucosale,
come già dimostrato per la trota arcobaleno (Zhang et al., 2010).
Figura 1 Espressione basale dei trascritti IgT ed IgM in tessuti differenti. I livelli di mRNA dei trascritti IgT ed
IgM sono espressi come un rapporto riferito ai livelli di rRNA 18S nello stesso campione dopo analisi mediante PCR
quantitativa, usando come calibratore il tessuto con il più basso livello di espressione (cervello) indicato dalla riga in
nero. I dati sono espressi come la media ± SD da quattro differenti pesci. ** indicano che le IgT sono significativamente
differenti dalle IgM con p< 0.01, mentre *** indicano che le IgT sono significativamente differenti dalle IgM con
Mediante la tecnica di ibridazione in situ su sezioni istologiche di rene e milza è stato possibile
individuare la presenza di cellule esprimenti trascritti per le IgT, come ritrovato nel pesce
mandarino (Siniperca chuatsi) (Tian et al.,2009).
Per studiare la localizzazione delle IgT, abbiamo prodotto un anticorpo policlonale anti-IgT
(raIgT1) di spigola e, utilizzato per identificare molecole di IgT mediante immunoblotting sul totale
di immunoglobuline di spigola purificate da leucociti di rene cefalico. L’analisi ha dimostrato che
l'anticorpo policlonale anti-IgT reagisce con una banda probabilmente corrispondente alle IgT di
spigola. In condizioni riducenti, la banda riconosciuta dall’anticorpo raIgT1 era di circa 75 kDa.
Tale banda ha suscitato il nostro interesse poiché mostrava una dimensione compatibile con quella
della catena pesante della IgT ritrovata in trota arcobaleno (Zhang et al., 2010).
Allo scopo di studiare la localizzazione delle sottopopolazioni di cellule B IgT+ e IgM+, sono stati
effettuati esperimenti di immunofluorescenza indiretta e saggi di immunoistochimica, su leucociti di
milza e rene cefalico, utilizzando l’anticorpo policlonale raIgT1 e l’anticorpo monoclonale anti-IgM
(DLIg3). I risultati ottenuti hanno permesso di dimostrare che le IgM e le IgT non erano espresse
dalla stessa cellula B, pertanto si può affermare che in spigola esistano due popolazioni di cellule B,
una popolazione in grado di produrre le IgM e un’altra capace di produrre esclusivamente le IgT,
come già evidenziato in trota (Zhang et al. 2010).
I risultati preliminari da noi ottenuti sulla possibile funzione delle IgT in spigola sono di grande
interesse, soprattutto tenendo in considerazione il coinvolgimento dei tessuti mucosali nella risposta
immunitaria contro i patogeni.
Un altro argomento affrontato in questo lavoro di tesi di Dottorato è stato quello di studiare le
citochine che interagiscono con le cellule T. Le cellule T possono essere suddivise in cellule T
citotossiche (Tc) e in cellule T helper (Th), caratterizzate, rispettivamente, dall’espressione delle
glicoproteine CD8 e CD4. I linfociti T CD4+ possono essere ulteriormente classificati, in base
all’espressione di specifici fattori trascrizionali e la secrezione di particolari citochine, in Th1, Th2,
Th17 e Treg.
Nei mammiferi la differenziazione delle cellule Th in Th2 è mediata dal fattore trascrizionale
GATA3; le cellule Th2 producono le citochine IL-4, IL-5 e IL-13, che stimolano le cellule B a
secernere diversi isotipi di anticorpi e quindi controllare le infezioni extracellulari.
La seconda parte della mia tesi di dottorato si è concentrata sullo studio della citochina IL-4/13 in
Nei pesci il primo gene correlato all’IL-4/IL-13 è stato identificato nel pesce palla (Tetraodon
nigroviridis) vicino al gene RAD50 (Li et al., 2007). Un secondo gene IL-4/IL-13 è stato scoperto
nel pesce zebra (Danio rerio) in un locus diverso, vicino al gene KIF3A (Bird and Secembes,
2006). Quindi, i due geni sono stati chiamati IL-4/13A, vicino al gene RAD50, e IL-4/13B, vicino
al gene KIF3A (Ohtani et al., 2008).
Nel trascrittoma di branchie di spigola, a nostra disposizione e, nel genoma di spigola disponibile
abbiamo individuato due isoforme del gene IL-4/13A, chiamate IL-4/13A1, IL-4/13A2 cioè quelle
fiancheggiate dal gene RAD50, e, su un altro cromosoma, abbiamo identificato un’altra isoforma,
chiamata IL-4/13B, vicina al gene KIF3A, probabilmente originatesi da eventi di duplicazione
genica (McCormick and Heller, 2015; Ohtani et al., 2008).
I geni dell’IL-4/13 di spigola, rispettivamente, codificano proteine di 140 (IL-4/13 B), 133 (IL-4/13
A1) e 131 (IL-4/13 A2) amminoacidi (accession numbers KJ818331-3).
Spigole giovanili non stimolate sono state utilizzate per studiare i livelli dei trascritti delle isoforme
IL-4/13 in differenti organi e tessuti.
Per studiare il coinvolgimento nelle risposte immunitarie delle tre isoforme IL-4/13, abbiamo
eseguito un’anali di espressione “in vitro” mediante real-time PCR utilizzando cellule leucocitarie
di rene cefalico e milza stimolate con la fitoemoagglutinina (PHA), un noto agente mitogeno che
stimola la proliferazione delle cellule T, e con il forbolo 12-miristate 13-acetate (PMA), un altro
agente mitogeno che attiva la proteina chinasi C.
La stimolazione con PHA in cellule di rene cefalico aumenta l’espressione dei trascritti IL-4/13B e
IL-4/13A1 dopo 4 e 24h, mentre in milza il trattamento aumenta l’espressione di tutte le isoforme
dell’IL-4/13 dopo 4h (tabella 1), come già dimostrato in trota (Wang et al., 2016).
Tabella 1: Stimolazioni con PHA in leucociti di rene cefalico e milza.
I dati sono espressi come (+++) elevata up-modulazione dell’espressione, (++) modesta up-modulazione, (+) leggera
up-modulazione; (-,--,---) down-modulazione, in grigio viene mostrato il trend di modulazione delle tre isoforme.
La stimolazione con PMA in leucociti di rene cefalico e milza aumenta l’espressione dei trascritti
delle isoforme IL-4/13 dopo 4 e, solo a 24 per l’isoforma IL-4/13B (tabella 2).
Tabella 2: Stimolazioni con PMA in leucociti di rene cefalico e milza.
I dati sono espressi come (+++) elevata up-modulazione dell’espressione, (++) modesta up-modulazione, (+) leggera
up-modulazione; (-,--,---) down-modulazione, in grigio viene mostrato il trend di modulazione delle tre isoforme.
Questi risultati indicano che, come osservato in trota arcobaleno, sia la PHA che la PMA sono in
grado quindi di stimolare l’espressione delle isoforme dell’IL-4/13 di spigola sia nei leucociti da
rene cefalico che da milza, anche se con tempi e modalità differenti per le tre molecole investigate.
Per definire in modo ancora più approfondito l’azione delle isoforme IL-4/13 di spigola sono state
prodotte le relative proteine ricombinanti in E. coli e sono state utilizzate per investigarne l’attività
biologica. Mediante tali proteine sono state stimolate in vitro cellule di rene cefalico e milza per 4 e
24 ore ed è stata studiata l’espressione di geni target della risposta immunitaria quali i recettori delle
citochine (rIL-4a, rIL-4b, rIL-13a1, rIL-13a2), l’IL-10, SOCS3, SAP1, l’epcidina e diversi isotipi di
immunoglobuline (IgM, IgT e IgD).
Questi risultati indicano che le ricombinanti IL-4/13 sono in grado di modulare l’espressione di
diversi geni target con differenti cinetiche sia in rene cefalico che in milza.
Nelle cellule di rene cefalico la ricombinante IL-4/13B modula l’espressione di geni target a 4h
dopo la stimolazione, mentre le ricombinanti IL-4/13A modulano l’espressione della maggior parte
dei geni target a 24h (vedi tabella 3A).
Nella milza le ricombinanti IL-4/13B ed A2 modulano l’espressione di geni target sia a 4 che a 24 h
dopo la stimolazione, mentre per la ricombinante IL-4/13A1 l’azione sembra meno evidente (vedi
tabella 3B).
SAP1 e HEP sono coinvolte nella risposta ai patogeni ed hanno un ruolo importante nell’attivazione
delle risposte immunitarie adattative. La rapida up-regolazione di SAP1 e dell’HEP dopo 24h dalla
stimolazione con la ricombinante IL-4/13A nelle cellule di rene cefalico, suggerisce un ruolo di
queste citochine di tipo 2 nella risoluzione dell’infezione (vedi anche Whang et al.,2016). La rapida
up-regolazione dell’espressione dei recettori IL4a/b e IL13a1/a2 potrebbe suggerire un meccanismo
di auto-amplificazione del segnale per queste citochine, causato al riconoscimento specifico del
ligando con il suo recettore.
La rapida up-regolazione dei geni anti-infiammatori, come l’IL-10 e SOCS3, suggerisce che tali
citochine abbiano un ruolo anti-infiammatorio, come è stato osservato anche nei mammiferi, dove
le IL-4 e IL-13 sopprimono l’espressione dei geni pro-infiammatori (Bhattacharjee et al., 2013).
Tabella 3: Modulazione dell’espressione di geni target dopo stimolazione in vitro con le tre proteine ricombinanti
IL-4/13. A) modulazione dei geni in leucociti di rene cefalico; B) modulazione dei geni in leucociti di milza. I dati sono
espressi come (+++) elevata up-modulazione dell’espressione, (++) modesta up-modulazione, (+) leggera upmodulazione;
(-,--,---) down-modulazione, assenza di modulazione riquadro vuoto, in arancio viene mostrato il trend di
modulazione delle ricombinanti e gli asterischi indicano: **=p<0.01 e * = p<0.05.
Infine, abbiamo studiato l’espressione delle isofome IL-4/13 a seguito di vaccinazioni effettuate
utilizzando due patogeni, uno virale (il Nodavirus o NNV) e uno batterico (il Vibrio anguillarum),
molto comuni per la spigola (Figura 2).
Figura 2: Espressione delle isoforme del gene IL-4/13 dopo immunizzazione in vivo con Vibrio anguillarum in
leucociti di rene cefalico. Analisi d’espressione del gene IL-4/13 dopo immunizzazione per 24 h e 48 h con 2 X 106
CFU ml-1 di Vibrio ( Aquavac Vibrio Oral, ISPAH). I livelli dei trascritti relativi alle isoforme Il-4/13 sono
normalizzate ai livelli di rRNA18 S, come calibratore è stato utilizzato il controllo non stimolato a 0h (linea nera). I
controlli (Ctrl) sono stati presi prima dell’immunizzazione. I dati sono espressi come la media ± SD, l’asterisco indica:
* = p>0.05.
L’espressione delle isoforme IL-4/13 in animali vaccinati con NNV sia a 24 che 48h tende a
diminuire dopo il trattamento, mentre in animali vaccinati con il batterio inattivato, l’espressione
dei trascritti delle isoforme IL-4/13 risulta essere up-regolata dopo 24h.
In spigola, abbiamo osservato che l’espressione delle isoforme IL-4/13 nelle cellule di rene cefalico
sembra essere modulata in seguito ad uno stimolo batterico e, quindi, potrebbero essere dei
marcatori utili nelle risposte immunitarie contro batteri patogeni.
Whang et al. (2016) hanno recentemente suggerito che l’analisi dei livelli di espressione delle
isoforme IL-4/13 potrebbe essere utilizzata come nuovo marker per valutare l’efficacia dei vaccini
in acquacoltura.
In conclusione, in questa tesi sono stati affrontati due argomenti legati alle risposta immunitarie
adattative della spigola. I risultati ottenuti sono di interesse non solo nelle ricerche di base legate
all’evoluzione del sistema immunitario nei vertebrati, ma anche per le applicazioni pratiche nel
campo dell’acquacoltura.
Dottorato di ricerca in Genetica e biologia cellulare
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