Die intestinale Barriere spielt eine bedeutende Rolle in der Pathogenese von Chronisch Entzündlichen Darmerkrankungen (CED). Durch Ausbildung von undurchlässigen Zell-Zell-Verbindungen sowie durch Freisetzung von protektiven Komponenten wie Phospholipiden, Mucinen, trefoil factor Proteinen, Defensinen und sekretorischen dimeren Immunglobulinen vermittelt die intestinale Epithelzellschicht einen ...
Abstract (German)
Die intestinale Barriere spielt eine bedeutende Rolle in der Pathogenese von Chronisch Entzündlichen Darmerkrankungen (CED). Durch Ausbildung von undurchlässigen Zell-Zell-Verbindungen sowie durch Freisetzung von protektiven Komponenten wie Phospholipiden, Mucinen, trefoil factor Proteinen, Defensinen und sekretorischen dimeren Immunglobulinen vermittelt die intestinale Epithelzellschicht einen selektiven Schutz vor schädlichen luminalen Bestandteilen. Ziel dieser Arbeit war es, Änderungen in der Transkription von Genen zu charakterisieren, die am Aufbau und der Funktion der intestinalen Barriere beteiligt sind. DNA-Microarray Analysen zeigten eine koordiniert verminderte Expression der intestinalen Mucine MUC1, MUC2, MUC4, MUC5AC, MUC5B, MUC12, MUC13, MUC17 und MUC20 in nicht entzündeten Bereichen des Ileums und des Colons von Colitis ulcerosa sowie Morbus Crohn Patienten. Diese differentielle Mucin Regulation konnte in einer größeren Zahl an unabhängigen Einzelbiopsien mittels TaqMan real-time RT-PCR bestätigt werden. Ein gewebespezifisches mRNA Expressionsprofil dieser Mucine ergab eine auf epitheliale Gewebe beschränkte Expression. Durch eine in silico Analyse der regulatorischen Bereiche konnte in allen intestinalen Mucin Promotoren eine NFkB Bindestelle identifiziert werden. Zusätzlich war dieser Transkriptionsfaktor in Mucin Promotoren überrepräsentiert und Bestandteil einer spezifischen Kombination von Transkriptionsfaktoren (composite Modul), welche Mucin Promotoren im Vergleich zu Promotoren von bei CED nicht regulierten Genen deutlich unterscheiden kann. Im intestinalen LS174T Zellkulturmodell führten Stimulationen mit den Zytokinen Tumor Nekrose Faktor alpha (TNFa) und Transformierender Wachstumsfaktor beta (TGFb) zu einer Induktion der Mucin Expression, die durch die beiden NFkB Hemmer Caffeic Acid Phenethyl Ester (CAPE) und Carbobenzoxy-L-leucyl-L-leucyl-L-leucinal (MG132) verhindert werden konnte. Bei der allelischen Diskriminierung von Mucin Polymorphismen ergab sich für MUC2-V116M (P=0,003) eine statistisch signifikante Assoziation mit Morbus Crohn, während MUC4-A585S (P=0,025) und MUC13-R502S (P=0,0003) mit Colitis ulcerosa assoziiert waren, was eine kausale Rolle der Mucine in der Prädisposition von CED vermuten lässt. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse eine stark verminderte Genexpression aller intestinalen Mucine bei CED, die durch ein gemeinsames transkriptionelles Regulatormotiv erklärt werden kann. Somit ist eine Beteiligung der Mucine an der Pathophysiologie von CED sehr wahrscheinlich, da diese Proteine aufgrund ihrer Schutzfunktion maßgeblich zur Integrität der intestinalen Barriere beitragen.
Translation of the abstract (English)
Loss of intestinal mucosa integrity is an important factor in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). The intestinal epithelial cell layer mediates selective protection against luminal contents by forming junctional complexes and releasing protective components like phospholipids, mucins, trefoil factor proteins, defensins, and secretory dimeric immunglobulins. Based on the mucosal ...
Translation of the abstract (English)
Loss of intestinal mucosa integrity is an important factor in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). The intestinal epithelial cell layer mediates selective protection against luminal contents by forming junctional complexes and releasing protective components like phospholipids, mucins, trefoil factor proteins, defensins, and secretory dimeric immunglobulins. Based on the mucosal contribution to the pathogenesis of IBD, the aim of this study was to characterize expression changes and allelic variants of genes related to intestinal epithelial barrier function in this disease. Therefore ileal and colonic mucosal biopsies from non-affected regions of patients with ulcerative colitis (UC) and Crohn�s disease (CD) as well as non IBD probands were subjected to Affymetrix DNA-microarray analysis. Compared to controls the intestinal mucins MUC1, MUC2, MUC4, MUC5AC, MUC5B, MUC12, MUC13, MUC17, and MUC20 showed significant differential expression levels in both tissues of patients with UC and CD. These results were verified in larger IBD biopsy sample numbers by TaqMan real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Expression analysis of these mucins in a broad human tissue panel revealed dominant epithelial tissue specific transcription. In silico analysis of the regulatory regions of these mucins indicated nuclear factor kappa B (NFkB) binding sites in each promoter. Furthermore NFkB was overrepresented in mucin promoters and a component of a specific combination of transcription factors (composite module), which was clearly able to distinguish mucin promoters from promoters of genes not regulated in IBD. In vivo stimulation experiments in the adenocarcinoma cell line LS174T showed inducible mucin expression by the cytokines tumor necrosis factor alpha (TNFa) and transforming growth factor beta (TGFb), which could be blocked by both NFkB signalling inhibitors Caffeic Acid Phenethyl Ester (CAPE) and Carbobenzoxy-L-leucyl-L-leucyl-L-leucinal (MG132). Allelic discrimination screening obtained statistically significant associations for the MUC2-V116M (P=0,003) polymorphism with CD and for MUC4-A585S (P=0,025) as well as MUC13-R502S (P=0,0003) with UC. These data suggest that the disturbed expression of intestinal mucin genes and the connection to the NFkB pathway may influence the integrity of the intestinal barrier and therefore contribute to the pathophysiology of IBD.
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