| License: Publishing license for publications excluding print on demand (4MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-509748
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.50974
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 31 October 2022 |
| Referee: | Porf. Dr. Thomas Hehlgans |
| Date of exam: | 29 October 2021 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Immunologie |
| Keywords: | Propionat, Kurzkettige Fettsäuren, anti-viral, Reg3alpha, Firmicutes, Verrucomicrobia, angeborene Immunantwort, Ifit, Interferon stimulierte Gene |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 50974 |
Abstract (German)
Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass kurzkettige Fettsäuren (SCFA) eine wichtige Rolle sowohl beim Erhalt der Gesundheit als auch bei der Entstehung von Krankheiten spielen. Wir konnten zeigen, dass sich durch die Überexpression des antimikrobiellen Peptids hReg3α in transgenen Mäusen die bakterielle Zusammensetzung von gram-positiven Firmicutes hin zu gram-negativen Verrucomicrobia verändert. ...
Abstract (German)
Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass kurzkettige Fettsäuren (SCFA) eine wichtige Rolle sowohl beim Erhalt der Gesundheit als auch bei der Entstehung von Krankheiten spielen. Wir konnten zeigen, dass sich durch die Überexpression des antimikrobiellen Peptids hReg3α in transgenen Mäusen die bakterielle Zusammensetzung von gram-positiven Firmicutes hin zu gram-negativen Verrucomicrobia verändert. Die meisten Spezies aus dem Stamm der Firmicutes sind als Butyrat-Produzenten bekannt, wohingegen zum Beispiel Akkermansia muciniphila aus dem Stamm der Verrucomicrobia zu den Propionat-Produzenten gehört. Die Abnahme des Stammes der Firmicutes und die Zunahme des Stammes der Verrucomicrobia korreliert mit der Abnahme der Butyratkonzentration und der Zunahme der Propionatkonzentration im Kot von hReg3α transgenen Mäusen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgte zunächst die Untersuchung der immunmodulatorischen Eigenschaften von Propionat. Hierbei konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Propionat Konzentration, zu einer signifikant erhöhten Induktion der Expression von Interferon Stimulierten Genen (ISG) führt.
Wir konnten zeigen, dass in murinen Kolonepithelzellen (CMT-93), humanen Lungenepithelzellen (A549), humanen monozytären Zellen (THP-1), sowie in primären, peripheren Blutmakrophagen (PBM) Propionat und Butyrat die Expression von Mitgliedern der IFIT-Genfamilie induzieren. Unsere Daten zeigen, dass die Induktion von ISG durch Propionat über den Gαq/11 Signalweg des G-Protein gekoppelten Rezeptors FFAR2 in einer IFN Typ I (IFNα) und IFN Typ III (IFN lambda) abhängigen Weise (JAK/STAT-Signalweg) vermittelt werden.
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch die Stimulation mit Propionat oder dem IFNAR2 Agonisten RO8191 eine Kreuztoleranz gegenüber der Stimulierung mit TLR1/2 (Pam3CSK4) und TLR4 (LPS) Agonisten induziert werden konnte. Nach der Restimulation mit LPS oder Pam3CSK4 kam es zu einer signifikanten Reduktion von proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen (z.B. TNF und CXCL2) sowohl in den untersuchten Epithelzelllinien (CMT-93) als auch in der monozytären Zelllinie THP-1 und den primären PBM. A549 Zellen zeigen eine Propionat-induzierte Kreuztoleranz gegenüber der Stimulierung mit LPS. Interessanterweise scheint die durch Propionat induzierte Expression einzelner Mitglieder der IFIT-Genfamilie ausreichend zu sein, die proinflammatorische Zytokinproduktion als Reaktion auf eine nachfolgende PRR-Stimulation zu hemmen. Darüber hinaus zeigen unsere Daten, dass die Propionat-induzierte IFIT-Expression die MHC-Klasse-II Expression nach erfolgter TLR4 Stimulation hemmt, was zeigt, dass Propionat vermittelte Signale eine Toleranz bezüglich der TLR-induzierten MHC-Klasse-II Expression zu induzieren scheint. Zur Bestimmung einer Relevanz dieser Ergebnisse in vivo sind noch weitere Experimente notwendig.
Da nicht nur die IFIT-Genfamilie in den Epithelzellen und in den Zellen myeloiden Ursprungs durch Propionat induziert wurde, sondern auch weitere ISG wie ISG15, MX1 oder OASL2, wurde die antivirale Aktivität in diesen Zellen nach Propionat Stimulierung genauer untersucht. Wir konnten in Infektionsexperimenten mit dem VSV*DeltaG(Luc)-Replikon Partikeln zeigen, dass eine Vorstimulation mit Propionat die Infektion und Replikation des VSV*DeltaG(Luc) Replikon in vitro signifikant verringert.
Um die erhaltenen Ergebnisse in vivo zu verifizieren und möglicherweise translational weiter zu entwickeln müssen noch weiterführende Untersuchungen durchgeführt werden, um die Bedeutung von Propionat in der antiviralen Immunantwort in vivo genauer zu bestimmen.
Translation of the abstract (English)
Numerous studies show that short-chain fatty acids (SCFA) play an important role both in maintaining health and in the development of diseases. We have shown that overexpression of the antimicrobial peptide hReg3α in transgenic mice changes the bacterial composition from Gram-positive Firmicutes to Gram-negative Verrucomicrobia. Most species from the Firmicutes strain are known to be butyrate ...
Translation of the abstract (English)
Numerous studies show that short-chain fatty acids (SCFA) play an important role both in maintaining health and in the development of diseases. We have shown that overexpression of the antimicrobial peptide hReg3α in transgenic mice changes the bacterial composition from Gram-positive Firmicutes to Gram-negative Verrucomicrobia. Most species from the Firmicutes strain are known to be butyrate producers, whereas, for example, Akkermansia muciniphila from the Verrucomicrobia strain is a propionate producer. The decrease in the strain of Firmicutes and the increase in the strain of Verrucomicrobia correlates with the decrease in the butyrate concentration and the increase in the propionate concentration in the faeces of hReg3α transgenic mice. In the present work, the immunomodulatory properties of propionate were first investigated. It could be shown that an increased propionate concentration leads to a significantly increased induction of the expression of interferon stimulated genes (ISG).
We could show that in murine colonic epithelial cells (CMT-93), human lung epithelial cells (A549), human monocytic cells (THP-1), as well as in primary peripheral blood macrophages (PBM) propionate and butyrate induce the expression of members of the IFIT gene family. Our data show that the induction of ISG by propionate is mediated via the Gαq/11 signalling pathway of the G-protein coupled receptor FFAR2 in an IFN type I (IFNα) and IFN type III (IFN lambda) dependent manner (JAK/STAT signalling pathway).
In the present work, it was shown that stimulation with propionate or the IFNAR2 agonist RO8191 induced cross-tolerance to stimulation with TLR1/2 (Pam3CSK4) and TLR4 (LPS) agonists. After restimulation with LPS or Pam3CSK4, there was a significant reduction of proinflammatory cytokines and chemokines (e.g. TNF and CXCL2) in the epithelial cell lines studied (CMT-93) as well as in the monocytic cell line THP-1 and primary PBMs. A549 cells show propionate-induced cross-tolerance to stimulation with LPS. Interestingly, propionate-induced expression of individual members of the IFIT gene family appears to be sufficient to inhibit proinflammatory cytokine production in response to subsequent PRR stimulation. Furthermore, our data show that propionate-induced IFIT expression inhibits MHC class II expression following TLR4 stimulation, indicating that propionate-mediated signalling appears to induce tolerance to TLR-induced MHC class II expression. Further experiments are needed to determine any relevance of these results in vivo.
Since not only the IFIT gene family was induced by propionate in epithelial cells and in cells of myeloid origin, but also other ISG such as ISG15, MX1 or OASL2, the antiviral activity in these cells after propionate stimulation was investigated in more detail. We were able to show in infection experiments with the VSV*deltaG(Luc) replicon particles that pre-stimulation with propionate significantly reduces infection and replication of the VSV*deltaG(Luc) replicon in vitro.
In order to verify the results obtained in vivo and possibly to develop them translationally, further studies need to be conducted to determine more precisely the role of propionate in the antiviral immune response in vivo.
Metadata last modified: 07 Nov 2022 07:57
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