The proresolution therapeutic tanshinone IIA drives inflammation resolution by reverse migration.

Abstract Neutrophilic inflammation with prolonged neutrophil survival is common to many inflammatory conditions, including chronic obstructive pulmonary disease (COPD). There are few specific therapies that reverse neutrophilic inflammation, but uncovering mechanisms regulating neutrophil survival is likely to identify novel therapeutic targets. Screening of 367 kinase inhibitors in human neutrophils and a zebrafish tail fin injury model identified ErbBs as common targets of compounds that accelerated inflammation resolution. The ErbB inhibitors gefitinib, CP-724714, erbstatin and tyrphostin AG825 significantly accelerated apoptosis of human neutrophils, including neutrophils from people with COPD. Neutrophil apoptosis was also increased in Tyrphostin AG825 treated-zebrafish in vivo . Tyrphostin AG825 decreased peritoneal inflammation in zymosan-treated mice, and increased lung neutrophil apoptosis and macrophage efferocytosis in a murine acute lung injury model. Tyrphostin AG825 and knockdown of egfra and erbb2 by CRISPR/Cas9 reduced inflammation in zebrafish. Our work shows that inhibitors of ErbB kinases have therapeutic potential in neutrophilic inflammatory disease.

Staphylococcus aureus is an important human pathogen that causes a wide range of infections. Neutrophils are an essential component of our innate immune system and understanding S. aureus-neutrophil interactions on a sub-cellular level is crucial to developing new therapeutic strategies to promote immunity during S. aureus infections. To this end we have developed a multi-modal imaging platform capable of following host-pathogen processes in biological systems, this is achieved by switching imaging modalities between a low photo-toxicity and low resolution imaging modality through an increasing illumination intensity to achieve live super-resolution imaging. This novel imaging platform was applied to the study of human neutrophils infected by S. aureus . We show that we can image different infection stages of S. aureus in live neutrophils with super resolution microscopy. We see evidence of binary fission occurring in intracellular S. aureus within a neutrophil.

Abstract Dysregulated neutrophilic inflammation can be highly destructive in chronic inflammatory diseases due to prolonged neutrophil lifespan and continual release of histotoxic mediators in inflamed tissues. Therapeutic induction of neutrophil apoptosis, an immunologically silent form of cell death, may be beneficial in these diseases, provided that the apoptotic neutrophils are efficiently cleared from the tissue. Our previous research identified ErbB inhibitors as able to induce neutrophil apoptosis and reduce neutrophilic inflammation both in vitro and in vivo (Rahman et al., 2019). Here we extend that work using a clinical ErbB inhibitor, neratinib, which has the potential to be repurposed in inflammatory diseases. We show that neratinib reduces neutrophilic migration to an inflammatory site in zebrafish larvae. Neratinib upregulates efferocytosis and reduces the number of persisting neutrophil corpses in mouse models of acute, but not chronic, lung injury, suggesting the drug may have therapeutic benefits in acute inflammatory settings. Phosphoproteomics analysis of human neutrophils shows that neratinib modifies the phosphorylation of proteins regulating apoptosis, migration and efferocytosis. This work identifies a potential mechanism for neratinib in treating acute lung inflammation by upregulating the clearance of dead neutrophils and, through examination of the neutrophil phosphoproteome, provides important insights into the mechanisms by which this may be occurring.

The inappropriate retention of neutrophils in the lung is a major driver of the excessive tissue damage characteristic of respiratory inflammatory diseases including COPD, ARDS and cystic fibrosis. The molecular programmes which orchestrate neutrophil recruitment to inflammatory sites through chemotactic guidance have been well studied. However, how neutrophil sensitivity to these cues is modulated during inflammation resolution is not understood. The identification of neutrophil reverse migration as a mechanism of inflammation resolution and the ability to modulate this therapeutically has identified a new target to treat inflammatory disease. Here we investigate the role of the CXCL12/CXCR4 signalling axis in modulating neutrophil retention at inflammatory sites. We used an in vivo tissue injury model to study inflammation using transgenic zebrafish larvae. Expression of cxcl12a and cxcr4b during the tissue damage response was assessed using in situ hybridisation and analysis of RNA sequencing data. CRISPR/Cas9 was used to knockdown cxcl12a and cxcr4b in zebrafish larvae. The CXCR4 antagonist AMD3100 was used to block the Cxcl12/Cxcr4 signalling axis pharmacologically. We identified that cxcr4b and cxcl12a are expressed at the wound site in zebrafish larvae during the inflammatory response. Following tail-fin transection, removal of neutrophils from inflammatory sites is significantly increased in cxcr4b and cxcl12a CRISPR knockdown larvae. Pharmacological inhibition of the Cxcl12/Cxcr4 signalling axis accelerates inflammation resolution, an effect caused by an increase in neutrophil reverse migration. The findings of this study suggest that CXCR4/CXCL12 signalling may play an important role in neutrophil retention at inflammatory sites, identifying a potential new target for the therapeutic removal of neutrophils from the lung in chronic inflammatory disease.

Summary Class I PI3kinases coordinate the delivery of microbicidal effectors to the phagosome by forming the phosphoinositide lipid second messenger, phosphatidylinositol (3, 4, 5)-trisphosphate (PIP3). However, the dynamics of PIP3 in neutrophils during a bacterial infection are unknown. We have therefore developed an in vivo, live zebrafish infection model that enables visualisation of dynamic changes in Class 1 PI3kinases (PI3K) signalling on neutrophil phagosomes in real-time. We have identified that on approximately 12% of neutrophil phagosomes PHAkt-eGFP, a reporter for Class 1 PI3K signalling, re-recruits in pulsatile bursts. This phenomenon occurred on phagosomes containing structurally and morphologically distinct prey, including Staphylococcus aureus and Mycobacterium abscessus , and was dependent on the activity of the Class 1 PI3K isoform, PI3kinase γ. Detailed imaging suggested that ‘pulsing phagosomes’ represent neutrophils transiently reopening and reclosing phagosomes. This finding challenges the concept that phagosomes remain closed after prey engulfment and we propose that neutrophils occasionally use this alternative pathway of phagosome maturation to release phagosome contents and/or to restart phagosome maturation if digestion has stalled.

Abstract Staphylococcus aureus is a bacterial pathogen that poses a major threat to human health. The ability of this bacterium to adapt to stresses encountered in the host is essential for disease. The stringent response is a signalling pathway utilised by all bacteria to alarm cells when stressed, and has been linked to the virulence of a number of species. This signalling pathway is controlled by the nucleotide alarmones guanosine tetra-(ppGpp) and pentaphosphate (pppGpp: collectively termed (p)ppGpp), produced in S. aureus by three synthetase enzymes: Rel, RelP and RelQ. Here, we used a triple (p)ppGpp synthetase mutant ((p)ppGpp 0 ) to examine the importance of this signalling network for the survival and virulence of S. aureus in vivo . Using an established zebrafish larval infection model, we observed that infection with (p)ppGpp 0 resulted in attenuated virulence, which was not due to a reduced ability of the mutant to replicate in vivo . Of the three (p)ppGpp synthetases, Rel was established as key during infection, but roles for RelP and RelQ were also observed. Zebrafish myeloid cell depletion restored the virulence of (p)ppGpp 0 during systemic infection, indicating that (p)ppGpp is important for survival within host phagocytes. Primary macrophages infection studies, followed by in vitro tolerance assays to key innate immune effectors, demonstrated that (p)ppGpp 0 was more susceptible to stressors found within the intracellular macrophage environment, with roles for all three synthetases implicated. Lastly, the absence of CodY, a transcription factor linked to the stringent response, significantly increased the tolerance of S. aureus to phagolysosomal-like stressors in vitro , but had no impact in vivo . Taken together, these results define the importance of the stringent response for S. aureus infection, revealing that (p)ppGpp produced by all three synthetases is required for bacterial survival within the host environment by mediating adaptation to the phagolysosome.