Effect of Bacteria-Derived Indole-3-Propionic Acid (IPA) in murine primary Hepatocytes

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	14 August 2017
Referee:	Prof. Dr. Claus Hellerbrand
Date of exam:	29 June 2017
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin I
Keywords:	primary mouse hepatocytes; IPA; indole; microbiom; bacteria-derived;
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Partially
Item ID:	36040

Abstract (English)

The liver is an organ with a high self-regeneration ability. The search for factors which help to keep the health of this organ and its potential to regenerate has been at the center of academic interest for a long time. Over the last decades, research was focusing more and more on the microbiom and its role for the human organism over the last decades. Clostridium sporogenes, a physiologic ...

Abstract (English)

The liver is an organ with a high self-regeneration ability. The search for factors which help to keep the health of this organ and its potential to regenerate has been at the center of academic interest for a long time. Over the last decades, research was focusing more and more on the microbiom and its role for the human organism over the last decades. Clostridium sporogenes, a physiologic bacterial family in human gut was described by Wikoff et al. as only producer of the antioxidative compound Indole-3-propionic acid (IPA). Chyan et al. already successfully proved a protective effect against oxidative stress in primary neurons. The project, the present paper is based on, was set up to prove a positive effect of IPA on primary hepatocytes and show a potential symbiotic regulation of hepatic metabolism by a bacteria-derived metabolite. Methodically a primary culture of hepatocytes was tested in a CCl4-based cytotoxicity-model. Results of TBARS-Assay, LDH and ALT in the cell culture suggest a dose-dependent hepoprotective effect. Western blotting and densitometric quantification suggest a potential Induction of HSP27 und SOD1 by IPA.

Translation of the abstract (German)

Die Leber des Menschen ist ein Organ mit erstaunlichen Selbstheilungskräften. Die Frage nach Faktoren, die Gesundheit und Regenerationspotential dieses Organs erhalten, stehen seit längerem im Zentrum des wissenschaftlichen Interesses. Anatomisch einzigartig erhält die Leber den Großteil ihrer Blutversorgung aus dem Darm. Es reiht sich ein vorgeschaltetes intestinales Kapillarstromgebiet an ein ...

Translation of the abstract (German)

Die Leber des Menschen ist ein Organ mit erstaunlichen Selbstheilungskräften. Die Frage nach Faktoren, die Gesundheit und Regenerationspotential dieses Organs erhalten, stehen seit längerem im Zentrum des wissenschaftlichen Interesses.
Anatomisch einzigartig erhält die Leber den Großteil ihrer Blutversorgung aus dem Darm. Es reiht sich ein vorgeschaltetes intestinales Kapillarstromgebiet an ein nachgeschaltetes hepatisches Kapillarstromgebiet. Über die Enterozyten werden Stoffe aus der Umwelt in den Blutkreislauf aufgenommen und gelangen über die Pfortader direkt und teils unverarbeitet in das hepatische Gewebe.

Diese im menschlichen Körper einzigartige Blutversorgung ist bereits anatomischer Ausdruck für die besondere Rolle der Leber in funktioneller Hinsicht. Die bekannten physiologischen Prozesse in der Leber machen Ihre Bedeutung als das zentrale Stoffwechselorgan des Menschen deutlich: zu ihren Aufgaben gehören die Herstellung von Glucose, Cholesterin und körpereignen Eiweißen; die Speicherung von Zuckern, Fetten und Vitaminen; die Beiteiligung an der Verdauung über die Produktion von Gallensäuren sowie der Abbau und die Entgiftung von Stoffwechselabfällen und zugeführten Stoffen wie Alkohol oder Medikamenten.
Die Bakterien im menschlichen Darm, welche entscheidend die Art und Zusammensetzung der aufgenommen und von der Leber weiterverarbeiteten Stoffe prägen, werden in ihrer Komplexität auch als Microbiom bezeichnet. Das Microbiom und seine Rolle für den Menschen rückte in den letzten Jahrzehnten immer mehr in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses.

Clostridium sporogenes, ein physiologisch in der Darmflora des Menschen vorkommender Bakterienstamm, wurde von Wikoff et al. als alleiniger Produzent des antioxidativen Stoffes Indole-3-propionic acid (IPA) entdeckt. Ohne den Ursprung von IPA zu kennen, konnte Chyan et al. bereits in primären Neuronen erfolgreich einen protektiven Effekt gegen oxidativen Stress nachweisen.

In dieser Arbeit soll nun auf den Effekt von IPA auf primäre Hepatozyten eingegangen werden und eine potentielle symbiotische Regulierung des hepatozytären Metabolismus durch einen bakteriellen Stoff erforscht werden.

Methodisch wurde eine primäre Hepatozytenkultur einem CCl4 basierten Zellschädigungs-schema unterzogen. Eine Analyse der Zellschädigung und Protein Expression auf zellulärer Ebene sollte Aufschluss über den Einfluss von IPA auf die Leberzelle geben.

Eine vermutete protektive Eigenschaft von IPA in der Leberzelle im Sinne eines Schutzes vor intrazellulärem oxidativem Stress konnte bestätigt werden mittels einer signifikanten Verminderung der TBARS.
Eine durch CCl4 ausgelöste Nekrose bzw. Zellschädigung der Hepatozyten konnte signifikant und Dosis-abhängig vermindert werden, was durch mikroskopische Evaluation und durch Markerenzyme nachgewiesen wurde.
Mittels Western Blot und densitometrischer Quantifikation kann auch eine potentielle Induktion von HSP27 und SOD1 durch IPA vermutet werden.
In Bezug auf den Stand der Forschung konnte die protektive, dosis-abhängige Eigenschaft des bakteriellen IPA erstmalig in primären Hepatozyten nachgewiesen werden. Die Induktion der Proteine HSP27 und SOD1 konnte in Bezug auf Erkenntnisse der Arbeitsgruppe um Sakurai et al. als ambivalent im Sinne einer oxidativen Stress reduzierenden aber potentiell cancerogenen Wirkung kategorisiert werden. Diese Eigenschaft scheint IPA aufgrund des unklaren Ausmaßes an Induktion der Enzyme jedoch nicht grundsätzlich als potentielles Heilmittel zu disqualifizieren und weitere Langzeituntersuchung sollten an die durchgeführte Versuchsreihe angeschlossen werden. Jedoch ist die vorläufige Einschätzung des sehr wirksamen Antioxidants IPA mittels weiteren Ergebnisse zur Kanzerogenität zu überprüfen.

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