TY - THES A1 - Läsker, Katharina T1 - The influence of the short-chain fatty acid butyrate on "Signal transducer and activator of transcription 3" (STAT3) and selected inflammatory genes in the colon carcinoma cell line CACO-2 cultured in 2D and 3D T1 - Der Einfluss der kurzkettigen Fettsäure Butyrat auf "Signal Übermittler und Aktivator der Transkription 3" (STAT3) und ausgewählte an der Entzündung beteiligte Gene in der Dickdarmkrebszelllinie CACO-2 im 2D- und 3D Modell N2 - A disturbance in the symbiotic mutualism between the intestinal microbiome and the human host’s organism (syn. dysbiosis) accompanies the development of a variety of inflammatory and metabolic diseases that comprise the Metabolic Syndrome, chronic inflammatory gut diseases like Crohn’s disease, Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and cardiovascular diseases, among others. The changed uptake and effectiveness of short chain fatty acids (SCFAs) as well as an increase of the intestinal permeability are common, interdependent disease elements in this regard. Short chain fatty acids are end-products of intestinal bacterial fermentation and affect the mucosal barrier integrity via numerous molecular mechanisms. There is evidence to suggest, that SCFAs have a modulating influence on Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) in intestinal epithelial cells. STAT3 is a central gene-transcription factor in signaling pathways of proliferation and inflammation. It can be activated by growth factors and other intercellular signaling molecules like the cytokine Oncostatin M (OSM). The mode of STAT3’s activation exhibits, finally, a decisive influence on the immunological balance at the intestinal mucosa. Therefore, the posttranslational modification of STAT3 under the influence of SCFAs is likely to be a very important factor within the development and -progression of dysbiosis-associated diseases. In this study, a clear positive in vitro-effect of the short chain fatty acid butyrate on the posttranslational serine727-phosphorylation of STAT3 and its total protein amount in the human adenocarcinoma cell line CACO2 is verified. Moreover, an increased gene expression of the OSM-receptor subunit OSMRβ can be observed after butyrate incubation. Histone deacetylase inhibition is shown to have a predominant role in these effects. Furthermore, a subsequent p38 MAPK-activation by Butyrate is found to be a key molecular mechanism regarding the STAT3-phosphorylation at serine727-residues. To consider the portion of butyrate receptor signaling in this context in future assays, a CACO-2 cell 3D-culture model is introduced in which an improvement of the GPR109A-receptor expression in CACO-2 cells is accomplished. N2 - Eine Störung der symbiotischen Wechselbeziehung zwischen dem Darmmikrobiom und dem Wirtsorganismus (syn. Dysbiose) begleitet die Entwicklung vieler verschiedener entzündlicher und metabolischer Erkrankungen. Zu ihnen zählen unter anderem das Metabolische Syndrom, chronisch entzündliche Darmerkrankungen wie M. Crohn, die Nicht-alkoholische Fettlebererkrankung (NAFLD) und kardiovaskuläre Erkrankungen. Eine veränderte Aufnahme und Wirkung von kurzkettigen Fettsäuren (Short-chain fatty acids = SCFAs) und eine Schwächung der Darmbarriere bedingen sich in diesem Zusammenhang gegenseitig. Kurzkettige Fettsäuren sind Endprodukte des bakteriellen Stoffwechsels und beeinflussen die Integrität der Darmbarriere über eine Vielzahl molekularer Mechanismen. Es gibt Hinweise darauf, dass kurzkettige Fettsäuren einen modulierenden Einfluss auf „Signal transducer and activator of transcription 3“ (STAT3) in intestinalen epithelialen Zellen ausüben. STAT3 ist hier ein zentraler Gentranskriptionsfaktor in proliferations- und entzündungsregulierenden Zellsignalwegen. Er kann durch Wachstumsfaktoren und andere interzelluläre Botenstoffe, wie beispielsweise das Zytokin Oncostatin M (OSM), aktiviert werden. Die Art der Aktivierung von STAT3 wirkt sich nicht zuletzt entscheidend auf die immunologische Balance an der Darmbarriere aus. Die Modifikation von STAT3 durch kurzkettige Fettsäuren ist aufgrund dessen mit hoher Wahrscheinlichkeit ein sehr wichtiger Faktor im Hinblick auf Entstehung und Progression der im Zusammenhang mit einer Dysbiose stehenden Erkrankungen. In dieser Arbeit kann eine klare Steigerung der posttranslationalen Phosphorylierung von STAT3 an den Serin-Molekülendungen der Position 727 sowie eine Steigerung der Gesamtproteinmenge von STAT3 in der humanen Karzinomzellline CACO2 in vitro durch Butyrat-Inkubation gezeigt werden. Weiterhin wird unter Butyrat-Einfluss auch die Genexpression der OSM-Rezeptor-Untereinheit OSMRβ gesteigert. Diese Effekte können größtenteils auf den Mechanismus der Histondeacetylase-Hemmung durch Butyrat zurückgeführt werden. Die in der Folge erhöhte P38 MAPK-Phosphorylierung durch Butyrat ist in Bezug auf die Serin727-Phosphorylierung an STAT3 entscheidend beteiligt. Um in künftigen Assays auch den möglichen Einfluss der Butyrat-Rezeptor-Wirkung in diesem Zusammenhang besser zu erfassen, wird ein 3D-Zellkultur Ansatz getestet und in diesem eine verbesserte Expression des Butyrat-Rezeptors GPR109A in CACO-2-Zellen erreicht. KW - Butyrate KW - Signaltransduktion KW - Darmepithel KW - Cytokine KW - MAP-Kinase KW - butyrate KW - signal transduction KW - p38 MAPK KW - STAT3 KW - intestinal barrier KW - 3 dimensional cell culture model KW - CACO-2 Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-300389 ER - TY - THES A1 - Strack, Christina Elisabeth T1 - Modulation der Genexpression des antimikrobiellen Peptids LL-37 in Abhängigkeit von exogenen Faktoren T1 - Effects of Vitamin D3, Butyrate and Intestamin® on expression of Cathelicidin gene camp N2 - In ständigem Kontakt mit zahlreichen Mikroorganismen benötigt unser Körper eine Vielzahl an Mechanismen zur Abwehr krankheitserregender Keime. Antimikrobielle Peptide unterstützen als Effektormoleküle die einzellige Epithelschicht des Darms, die als Mukosabarriere unseren Körper vor dem Eindringen pathogener Keime bewahrt. Die Expression des antimikrobiellen Peptids LL-37, auch Cathelicidin genannt, stellt eine Strategie des angeborenen Immunsystems zur Abwehr von Mikroorganismen im Kolon dar. Die Expression des Cathelicidin Gens camp kann, wie in der vorliegenden Arbeit untersucht wurde, durch exogene Faktoren, wie die biologisch aktive Form des Vitamin D3, das 1,25(OH)2D3, die kurzkettige Fettsäure Butyrat und das Ernährungssupplement Intestamin®, angeregt werden. Die Stimulation der Zellen mit den genannten Substanzen führte in allen gestesteten Zelllinien zeit- und dosisabhängig zu einer Steigerung der Expression des Cathelicidin Gens. Die Induktion der camp-Expression durch 1,25(OH)2D3 wird durch die Existenz eines Vitamin D Response Elements (VDRE) in der Promoterrregion des camp-Gens begründet, an das der Vitamin D-Rezeptor Komplex als ligandenabhängiger Transkriptionsfaktor bindet und die Genexpression vermittelt. Die Auswirkungen von Butyrat auf die Genexpression des Cathelicidins werden auf die Modifikation des Acetylierungsstatus der Histonproteine zurückgeführt. Butyrat bewirkt durch eine reversible Hemmung der Histondeacetylase die Hyperacetylierung bestimmter Kernhistone und greift auf diese Weise in die Regulation der Gentranskription ein. Das enterale Ernährungssupplement Intestamin®, das als Pharmakonutrition speziell für schwerkranke Patienten entwickelt wurde, ist reich an Glutamin-Dipeptiden, Tributyrin und Antioxidantien. Der Effekt, den Intestamin® auf die Expression des Cathelicidin Gens ausübt, ist wahrscheinlich auf Tributyrin zurückzuführen. Tributyrin, der Ester aus Glycerin und Butyrat, wird durch Hydrolyse zu Butyrat umgesetzt und bewirkt vermutlich die Steigerung der camp-Expression. Eine Co-Stimulation von GEKI 02 Zellen mit 1,25(OH)2D3 plus Butyrat erzielte nach 48 Stunden eine weitere Steigerung der Expression des Cathelicidin Gens gegenüber beiden Einzelsubstanzen. In allen anderen getesteten Zelllinien zeigte sich keine synergetische Wirkung der beiden Substanzen. Auch eine Co-Stimulation mit Intestamin® plus Butyrat konnte nicht zu einer stärkeren Zunahme der camp-Expression führen als eine Behandlung mit beiden Einzelsubstanzen. Eine synergetische Wirkung der Substanzen 1,25(OH)2D3 und Butyrat in GEKI 02 Zellen könnte durch die Acetylierung der Histone bedingt sein, die eine Auflockerung der Chromatinstruktur bewirkt, was wiederum die Bindung von Transkriptionsfaktoren wie dem Vitamin D-Rezeptor Komplex erleichtert. Die fehlende synergetische Wirkung in allen anderen getesteten Zelllinien könnte mit der Tatsache in Zusammenhang stehen, dass die Induktion der camp-Expression zeitabhängig ist: Vitamin D3 erzielte nach 24 Stunden, Butyrat nach 48 Stunden die deutlichsten Auswirkungen auf die Genexpression des Cathelicidins. Der Einfluss des MEK/ERK Signalweges auf die durch 1,25(OH)2D3, Butyrat und Intestamin® induzierte camp-Expression wurde in den durchgeführten Versuchen mittels des spezifischen MEK 1/2 Inhibitors U0126 untersucht. U0126 blockierte die Induktion des Cathelicidin Gens durch Intestamin® und Butyrat, was die Beteiligung des Signalweges MEK/ERK belegt. Vitamin D3 dagegen übt seinen Einfluss auf LL-37 nicht über den Signalweg MEK/ERK aus. Obwohl Vitamin D3 und Butyrat die Expression des Cathelicidin Gens camp induzieren, konnte die Inkubation der Zellen mit beiden Substanzen die antimikrobielle Aktivität der Kolonepithelzellen gegenüber E.coli im Vergleich zu unbehandelten Kontrollzellen nicht steigern. Ursächlich hierfür könnte neben der Wahl eines apathogenen Bakterienstammes das Mikromilieu der Umgebung sein. Außer der Konzentration des Peptids spielen insbesondere der pH-Wert und die Salzkonzentration des Kulturmediums eine wichtige Rolle, da sie die Ausbildung der Sekundärstruktur, nämlich der α-helikalen Konformation, des LL-37 beeinflussen, die für die Interaktion mit Biomembranen erforderlich ist. Aufgrund der zunehmenden Resistenzentwicklung von Bakterien gegenüber herkömmlichen Antibiotika, wächst das Interesse an der Erforschung antimikrobieller Peptide. Exogene Faktoren wie 1,25(OH)2D3, Butyrat und Intestamin® können eine Steigerung der Expression des Cathelicidin Gens erzielen. Ob sich dieser Effekt allerdings auch in-vivo zeigt und eventuell therapeutischen Einsatz finden könnte, müssen weitere Studien klären. N2 - Defence of mucosal and epithelial surfaces against microbial pathogens involves the innate and adaptive immune response. The single cell layer of the colonic epithelium produces an array of immune modulators, including antimicrobial peptides, such as cathelicidins, that participate in the innate immune system. The aim of the present study was to analyse the effect of calcitriol, the histon-deacetylase inhibitor butyrate and the enteral pharmaconutrition supplement Intestamin® on the expression of the cathlicidin gene camp. After exposure to these stimuli a time and dose dependent induction of the expression of the cathelicidin gene was found in all investigated colorectal cell lines. The effect of calcitriol, 1,25(OH)2D3, is mediated by the vitamin D response element (VDRE) in the camp promoter that was bound by the vitamin D receptor (VDR). The induction of cathelicidin expression after treatment with butyrate is attributed to a reversible inhibition of histone deacetylases resulting in modulation of core histone and non-histone proteins and subsequent regulation of the gene transcription. The enteral pharmaconutrition supplement Intestamin® contains glutamine, antioxidant vitamins and tributyrin. The increased cathelicidin level after treatment with Intestamin® are ascribed to tributyrin because tributyrin is a novel structured lipid composed of three molecules of butyrate esterified with glycerol that induces the cathelicidin gene camp after hydrolysis to butyrate. When colorectal cells GEKI 02 were stimulated with 1,25(OH)2D3 plus butyrate, a further increase of cathelicidin expression was seen after 48 hours. This effect was not seen for the incubation with Intestamin® plus butyrate. Changes in the acetylation status of core histone and non-histone proteins caused by butyrate that enhance binding of the vitamin D receptor complex as a transcription factor might be responsible for the synergistic effect of butyrate and calcitriol. To determine the influence of the MEK/ERK signalling pathway in the investigated cell lines the specific MEK/ERK inhibitor U0126 was utilized. Inhibition of the MEK/ERK pathway blocked butyrate- and Intestamin®-induced cathelicidin expression while no effect was observed for calcitriol. Although incubation with vitamin D3 and butyrate increased cathelicidin expression, the antimicrobial activity against E.coli could not be enhanced in the investigated colorectal cells. This might be caused by selection of a commensal bacterium and the absence of relevant microenvironmental stimuli because the antibacterial activity correlates with the extent of α-helicity, which is influenced by ion composition, pH, and peptide concentration. Due to the fast development of bacterial resistance to traditional antibiotics, there is increasing interest in the research on antimicrobial peptides. Exogenic factors like 1,25(OH)2D3, butyrate and Intestamin® can enhance an expression of the cathelicidin gene. Further in vivo studies, however, are necessary to verify this effect for the potential future therapeutic application. KW - Calcitriol KW - Vitamin D3 KW - LL-37 KW - Cathelicidin KW - Antimikrobielle Peptide KW - Butyrat KW - Intestamin® KW - LL-37 KW - cathelicidin KW - antimicrobial peptide KW - butyrate KW - Intestamin® Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38956 ER - TY - THES A1 - Neun, Tilmann Alexander T1 - Butyrateffekte auf die Adenom-Karzinom-Sequenz beim Kolonkarzinom - HDGF ("hepatoma derived growth factor") T1 - Effects of butyrate on adenom-carcinom-sequence in colon cancer - HDGF "hepatoma-derived growth factor") N2 - Untersuchung der Butyrateffekte auf die Genexpression von Zellkulturen während der Adenom-Karzinom-Sequenz mit Hilfe von Microarrays. Analyse des HDGF-Genclusters. Verwendete Zellkulturen Geki2, HT29 und SW620 N2 - Examination of butyrate effects on genexpression of cellculteres during adenom-carcinom-sequence by use of microarrays. Analysis of hdgf-gencluster. USed cellcultures Geki2, HT29 und SW620. KW - Butyrat KW - Kolonkarzinom KW - Adenom-Karzinom-Sequenz KW - Wachstumsfaktoren KW - HDGF KW - Hepatoma-derived growth factor KW - Adenom-carcinom-sequence KW - growthfactors KW - HDGF KW - butyrate KW - colon cancer Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-49177 ER -