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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-529747
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.52974
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 2 Januar 2024 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Martina Müller-Schilling |
| Tag der Prüfung: | 20 September 2022 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Innere Medizin I |
| Stichwörter / Keywords: | Spontan bakterielle Peritonitis; p53-Familie; Zelltod |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 52974 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Die spontan bakterielle Peritonitis (SBP) ist eine häufige und schwerwiegende Komplikation der Leberzirrhose. Die genauen Mechanismen der Pathogenese sind dabei noch nicht vollständig geklärt, aber es wird von einer Translokation von Bakterien aus dem Darmlumen ausgegangen. Zudem sind die therapeutischen Möglichkeiten auf eine antibiotische Behandlung limitiert, wobei hier hohe Rezidivraten und ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die spontan bakterielle Peritonitis (SBP) ist eine häufige und schwerwiegende Komplikation der Leberzirrhose. Die genauen Mechanismen der Pathogenese sind dabei noch nicht vollständig geklärt, aber es wird von einer Translokation von Bakterien aus dem Darmlumen ausgegangen. Zudem sind die therapeutischen Möglichkeiten auf eine antibiotische Behandlung limitiert, wobei hier hohe Rezidivraten und zunehmende Resistenzen eine große klinische Herausforderung darstellen. Ziel dieser Arbeit war es, anhand eines klinisch relevanten in vitro-Modells, die Pathomechanismen der SBP, sowie die Rolle der p53-Familie in der Darmbakterien-Epithelzell-Interaktion und die Induktion von bakteriell-induziertem Zelltod auf molekularer Ebene zu analysieren.
Bei Charakterisierung des Zellkulturmodells zeigte sich, dass die Darmzellen sowohl IL-6 als auch IL-8 nach Inkubation mit Bakterien sekretieren. Beide Interleukine gehören zur Gruppe der pro-inflammatorischen Zytokine. Zudem tragen die HCT-116 Zellen sowohl NOD1- als auch NOD2-Rezeptoren.
Bei Untersuchung der Auswirkungen der bakteriellen Stimulation auf den p53- und p73-Proteinspiegel in den Darmepithelzellen führte die Ko-Kultivierung mit E. coli bei direktem Kontakt mit HCT-116 Zellen zu einer sehr starken Reduktion von p53 und p73 auf Proteinebene. Dies wird über MDM2-abhängige proteasomale Degradation vermittelt und setzt den direkten Kontakt zwischen Darmepithelzellen und E. coli voraus. Die Degradation von p53 konnte erfolgreich durch Nutlin-3, einen MDM2-Inhibitor, blockiert werden. Dieser Befund ist von großer klinischer Relevanz, da eine MDM2-Blockade oder Inhibition des Proteasoms und die daraus resultierende Stabilisierung der p53-Protein-Spiegel somit eine mögliche neue Therapieoption für die SBP darstellen kann. p53 und p73 kommt hier eine neue Funktion in der bakteriellen Abwehr zu.
Nach bakterieller Ko-Kultur konnte zudem eine zeit- und dosisabhängige Zelltodinduktion bei den HCT-116 Zellen beobachtet werden. Dafür war ebenfalls ein direkter Kontakt zwischen Bakterien und Darmepithelzellen notwendig. Klassische Formen des Zelltodes wie Apoptose und Nekrose konnten in diesem Fall ausgeschlossen werden. Die Bakterien induzierten auch keinen entzündlichen Zelltod wie Pyroptose und wir konnten auch Ferroptose, NETose, RIP1-, ROS-, Eisen- und Calcium-abhängigen Zelltod ausschließen. Eine detaillierte Analyse der Mitochondrien und der Morphologie der sterbenden Darmepithelzellen nach Ko-Kultur mit E. coli identifizierte den Zelltod als Paraptose. Paraptose ist ein programmierter, entzündlich verlaufender Zelltod. Er zeichnet sich durch Kernmembran-assoziierte DNA-Kondensation, Schädigung der Mitochondrien und starke Vakuolisierung der Zellen aus. Ein solcher Zelltod, zusammen mit der hier beobachteten Ausschüttung von IL-6 und IL-8, aktiviert das Immunsystem und kann zur Invasion von neutrophilen Granulozyten führen, die bei der SBP eine besondere Rolle spielen.
Zusammenfassend zeigt diese Dissertation, dass die Interaktion von Bakterien mit Darmepithelzellen zu einer Reduktion von p53 und p73, die eine erste Verteidigungslinie gegen Bakterien darstellen, führt. Kommt es zu einem anhaltenden Kontakt von Bakterien und Darmzellen bei reduzierter Mukusschicht, wie bei einer fortgeschrittenen Leberzirrhose, führt dies zu einem gesteigerten proteasomalen Abbau von p53 und p73 und einer Schwächung dieser zellulären Abwehr, sodass die Bakterien die epitheliale Barriere durchdringen können. Wir beschreiben eine neue Rolle der p53-Familie in der Pathogenese der SBP, die die Grundlage einer zukünftigen therapeutischen Intervention darstellen kann. Weiterhin beschreiben wir mit der Paraptose erstmals einen Bakterien-induzierten Zelltod, der bei der Translokation von Bakterien aus dem Darmlumen in den Aszites auftritt und somit eine entscheidende Rolle für die Entstehung einer spontan bakteriellen Peritonitis spielt.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Spontaneous bacterial peritonitis (SBP) is a common and severe complication in patients with liver cirrhosis. The exact mechanisms leading to SBP remain unclear until today, but bacterial translocation from the intestine seems to be a key factor. Treatment options are limited to antibiotics where high recurrence rates and increasing levels of antibiotic resistance are a clinical challenge. The ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Spontaneous bacterial peritonitis (SBP) is a common and severe complication in patients with liver cirrhosis. The exact mechanisms leading to SBP remain unclear until today, but bacterial translocation from the intestine seems to be a key factor. Treatment options are limited to antibiotics where high recurrence rates and increasing levels of antibiotic resistance are a clinical challenge.
The aim of this dissertation was to examine the pathomechanism behind SBP and the role of p53-family within the interaction between intestinal epithelial cells and intestinal bacteria as well as the bacterial-induced cell death on a molecular level in a clinically relevant in vitro-model.
Analysis of the in vitro-model shows that the intestinal epithelial cells produce IL-6 and IL-8, which belong to the group of pro-inflammatory cytokines. In addition HCT-116 cells show both NOD1- and NOD2-receptors.
Bacterial stimulation leads to a strong reduction of p53- and p73-protein levels but requires direct contact between cells and bacteria to do so. This reduction is MDM2-dependent via proteasomal degradation and is inhibited by Nutlin-3. These findings are of great clinical importance as the inhibition of the proteasome and the resulting stabilization of p53-protein could offer new treatment options for SBP. p53 and p73 here also show a new role of the p53-family in defense mechanisms against infections.
Bacterial co-culture resulted in a time- and dose-dependent cell death induction of HCT-116 cells, which also required direct bacteria-to-cell contact. Well-known mechanisms of cell death like apoptosis and necrosis as well as inflammatory cell death pathways as ferroptosis, NETosis, RIP1-, ROS-, iron- and calcium-dependent cell death mechanisms could be excluded. A detailed analysis of morphological changes in dying intestinal epithelial cells and especially of their mitochondria identified the E. coli-induced cell death as paraptosis. Paraptosis is a regulated inflammatory cell death pathway, which shows DNA-condensation, mitochondrial defects and cytoplasmatic vacuolization. This cell death mechanism, combined with the observed IL-6 and IL-8 secretion, activates the immune system and can cause an invasion of neutrophil granulocytes that have special importance in SBP.
In conclusion this dissertation shows that bacterial stimulation leads to a reduction of p53 and p73 in intestinal epithelial cells, the first defense line against bacteria. Prolonged contact between bacteria and intestinal epithelial cells in the context of advanced liver cirrhosis leads to an increased proteasomal degradation of p53 and p73 and a subsequent disruption of the cellular defense mechanisms, resulting in bacterial translocation through the epithelial barrier. We describe a new role of the p53-family in the pathogenesis of SBP, which can lead to future treatment approaches. For the first time we describe paraptosis as bacterial-induced cell death during bacterial translocation from the intestine into the ascites which is therefore of great relevance for the development of SBP.
Metadaten zuletzt geändert: 02 Jan 2024 06:19
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