TY - JOUR A1 - Trujillo‐Viera, Jonathan A1 - El‐Merahbi, Rabih A1 - Schmidt, Vanessa A1 - Karwen, Till A1 - Loza‐Valdes, Angel A1 - Strohmeyer, Akim A1 - Reuter, Saskia A1 - Noh, Minhee A1 - Wit, Magdalena A1 - Hawro, Izabela A1 - Mocek, Sabine A1 - Fey, Christina A1 - Mayer, Alexander E. A1 - Löffler, Mona C. A1 - Wilhelmi, Ilka A1 - Metzger, Marco A1 - Ishikawa, Eri A1 - Yamasaki, Sho A1 - Rau, Monika A1 - Geier, Andreas A1 - Hankir, Mohammed A1 - Seyfried, Florian A1 - Klingenspor, Martin A1 - Sumara, Grzegorz T1 - Protein Kinase D2 drives chylomicron‐mediated lipid transport in the intestine and promotes obesity JF - EMBO Molecular Medicine N2 - Lipids are the most energy‐dense components of the diet, and their overconsumption promotes obesity and diabetes. Dietary fat content has been linked to the lipid processing activity by the intestine and its overall capacity to absorb triglycerides (TG). However, the signaling cascades driving intestinal lipid absorption in response to elevated dietary fat are largely unknown. Here, we describe an unexpected role of the protein kinase D2 (PKD2) in lipid homeostasis. We demonstrate that PKD2 activity promotes chylomicron‐mediated TG transfer in enterocytes. PKD2 increases chylomicron size to enhance the TG secretion on the basolateral side of the mouse and human enterocytes, which is associated with decreased abundance of APOA4. PKD2 activation in intestine also correlates positively with circulating TG in obese human patients. Importantly, deletion, inactivation, or inhibition of PKD2 ameliorates high‐fat diet‐induced obesity and diabetes and improves gut microbiota profile in mice. Taken together, our findings suggest that PKD2 represents a key signaling node promoting dietary fat absorption and may serve as an attractive target for the treatment of obesity. KW - chylomicron KW - fat absorption KW - intestine KW - obesity KW - protein kinase D2/PKD2/PRKD2 Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-239018 VL - 13 IS - 5 ER - TY - JOUR A1 - Schütz, Burkhard A1 - Jurastow, Innokentij A1 - Bader, Sandra A1 - Ringer, Cornelia A1 - Engelhardt, Jakob von A1 - Chubanov, Vladimir A1 - Gudermann, Thomas A1 - Diener, Martin A1 - Kummer, Wolfgang A1 - Krasteva-Christ, Gabriela A1 - Weihe, Eberhard T1 - Chemical coding and chemosensory properties of cholinergic brush cells in the mouse gastrointestinal and biliary tract JF - Frontiers in Physiology N2 - The mouse gastro-intestinal and biliary tract mucosal epithelia harbor choline acetyltransferase (ChAT)-positive brush cells with taste cell-like traits. With the aid of two transgenic mouse lines that express green fluorescent protein (EGFP) under the control of the ChAT promoter (EGFP\(^{ChAT}\)) and by using in situ hybridization and immunohistochemistry we found that EGFP\(^{ChAT}\) cells were clustered in the epithelium lining the gastric groove. EGFP\(^{ChAT}\) cells were numerous in the gall bladder and bile duct, and found scattered as solitary cells along the small and large intestine. While all EGFP\(^{ChAT}\) cells were also ChAT-positive, expression of the high-affinity choline transporter (ChT1) was never detected. Except for the proximal colon, EGFP\(^{ChAT}\) cells also lacked detectable expression of the vesicular acetylcholine transporter (VAChT). EGFP\(^{ChAT}\) cells were found to be separate from enteroendocrine cells, however they were all immunoreactive for cytokeratin 18 (CK18), transient receptor potential melastatin-like subtype 5 channel (TRPM5), and for cyclooxygenases 1 (COX1) and 2 (COX2). The ex vivo stimulation of colonic EGFP\(^{ChAT}\) cells with the bitter substance denatonium resulted in a strong increase in intracellular calcium, while in other epithelial cells such an increase was significantly weaker and also timely delayed. Subsequent stimulation with cycloheximide was ineffective in both cell populations. Given their chemical coding and chemosensory properties, EGFP\(^{ChAT}\) brush cells thus may have integrative functions and participate in induction of protective reflexes and inflammatory events by utilizing ACh and prostaglandins for paracrine signaling. KW - vesicular acetylcholine transporter KW - nonneuronal acetylcholine KW - nervous system KW - functional characterization KW - cholinergic KW - taste receptor cells KW - enteroendocrine cells KW - gene locus KW - tuft cells KW - transgenic mice KW - expression KW - brush cell KW - ChAT KW - VAChT KW - ChT1 KW - intestine KW - gall bladder KW - bile duct Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-143550 VL - 6 IS - 87 ER - TY - THES A1 - Schweinlin, Matthias Oliver T1 - Development of advanced human intestinal in vitro models T1 - Entwicklung von erweiterten humanen intestinalen in vitro Modellen N2 - The main function of the small intestine is the absorption of essential nutrients, water and vitamins. Moreover, it constitutes a barrier protecting us from toxic xenobiotics and pathogens. For a better understanding of these processes, the development of intestinal in vitro models is of great interest to the study of pharmacological and pathological issues such as transport mechanisms and barrier function. Depending on the scientific questions, models of different complexity can be applied. In vitro Transwell® systems based on a porous PET-membrane enable the standardized study of transport mechanisms across the intestinal barrier as well as the investigation of the influence of target substances on barrier integrity. However, this artificial setup reflects only limited aspects of the physiology of the native small intestine and can pose an additional physical barrier. Hence, the applications of this model for tissue engineering are limited. Previously, tissue models based on a biological decellularized scaffold derived from porcine gut tissue were demonstrated to be a good alternative to the commonly used Transwell® system. This study showed that preserved biological extracellular matrix components like collagen and elastin provide a natural environment for the epithelial cells, promoting cell adhesion and growth. Intestinal epithelial cells such as Caco-2 cultured on such a scaffold showed a confluent, tight monolayer on the apical surface. Additionally, myofibroblasts were able to migrate into the scaffold supporting intestinal barrier formation. In this thesis, dendritic cells were additionally introduced to this model mimicking an important component of the immune system. This co-culture model was then successfully proven to be suitable for the screening of particle formulations developed as delivery system for cancer antigens in peroral vaccination studies. In particular, nanoparticles based on PLGA, PEG-PAGE-PLGA, Mannose-PEG-PAGE-PLGA and Chitosan were tested. Uptake studies revealed only slight differences in the transcellular transport rate among the different particles. Dendritic cells were shown to phagocytose the particles after they have passed the intestinal barrier. The particles demonstrated to be an effective carrier system to transport peptides across the intestinal barrier and therefore present a useful tool for the development of novel drugs. Furthermore, to mimic the complex structure and physiology of the gut including the presence of multiple different cell types, the Caco-2 cell line was replaced by primary intestinal cells to set up a de novo tissue model. To that end, intestinal crypts including undifferentiated stem cells and progenitor cells were isolated from human small intestinal tissue samples (jejunum) and expanded in vitro in organoid cultures. Cells were cultured on the decellularized porcine gut matrix in co-culture with intestinal myofibroblasts. These novel tissue models were maintained under either static or dynamic conditions. Primary intestinal epithelial cells formed a confluent monolayer including the major differentiated cell types positive for mucin (goblet cells), villin (enterocytes), chromogranin A (enteroendocrine cells) and lysozyme (paneth cells). Electron microscopy images depicted essential functional units of an intact epithelium, such as microvilli and tight junctions. FITC-dextran permeability and TEER measurements were used to assess tightness of the cell layer. Models showed characteristic transport activity for several reference substances. Mechanical stimulation of the cells by a dynamic culture system had a great impact on barrier integrity and transporter activity resulting in a tighter barrier and a higher efflux transporter activity. In Summary, the use of primary human intestinal cells combined with a biological decellularized scaffold offers a new and promising way to setup more physiological intestinal in vitro models. Maintenance of primary intestinal stem cells with their proliferation and differentiation potential together with adjusted culture protocols might help further improve the models. In particular, dynamic culture systems and co culture models proofed to be a first crucial steps towards a more physiological model. Such tissue models might be useful to improve the predictive power of in vitro models and in vitro in vivo correlation (IVIVC) studies. Moreover, these tissue models will be useful tools in preclinical studies to test pharmaceutical substances, probiotic active organisms, human pathogenic germs and could even be used to build up patient-specific tissue model for personalized medicine. N2 - Die Hauptfunktion des Dünndarms besteht in der Aufnahme von lebenswichtigen Nährstoffen, Wasser und Vitaminen. Zudem stellt er eine Barriere dar, die uns vor toxischen Fremdstoffen und Pathogenen schützt. Um diese Prozesse besser zu verstehen, ist die Entwicklung neuer in vitro Modellen des Darms von großem Interesse um pharmakologische und pathologische Studien durchzuführen. Abhängig von der wissenschaftlichen Fragestellung können Modelle von unterschiedlicher Komplexität zur Anwendung kommen. In vitro Transwell® Systeme basierend auf einer porösen PET-Membran ermöglichen die Untersuchung von Transportmechanismen über die intestinal Barriere und den Einfluss von Wirkstoffen auf deren Integrität. Dieser künstliche Aufbau ähnelt jedoch nur eingeschränkt der Physiologie des Dünndarms und kann eine zusätzliche physikalische Barriere darstellen. Die Anwendungsmöglichkeiten dieses Modells im Tissue Engineering sind daher begrenzt. Gewebemodelle basierend auf einer dezellularisierten biologischen Matrix hergestellt aus Schweinedarmgewebe haben sich als gute Alternative zum herkömmlichen Transwell® System herausgestellt. Diese Studie zeigt, dass die erhaltenen Komponenten der biologischen Extrazellulärmatrix wie Kollagen und Elastin eine natürliche Umgebung für die Epithelzellen bieten und Zelladhäsion und Wachstum der Zellen fördern. Darmepithelzellen wie Caco-2 Zellen, welche auf einer solchen Matrix kultiviert wurden, bildeten einen konfluenten, dichten Monolayer auf der apikalen Oberfläche aus. Zusätzlich ermöglichte dieser Aufbau die Migration von Myofibroblasten in die Matrix, was die Bildung der intestinalen Barriere unterstützt. In dieser Doktorarbeit wurden zusätzlich dendritische Zellen als wichtige Komponente des adaptiven Immunsystems in das Modell integriert. Dieses Ko-Kultur Modell erwies sich als geeignet um partikuläre Formulierungen zu testen, welche als Transportsysteme für Tumorantigene entwickelt wurden. Es wurden Partikel basierend auf PLGA, PEG-PAGE-PLGA, Mannose-PEG-PAGE-PLGA und Chitosan untersucht. Aufnahmestudien ergaben nur geringfügige Unterschiede in den Transportraten zwischen den verschiedenen Partikeln. Es konnte ausserdem gezeigt werden, dass dendritische Zellen die Partikel phagozytieren, nachdem sie die intestinale Barriere überwunden haben. Die Partikel erwiesen sich als effektives Transportsystem um Peptide über die intestinale Barriere zu schleusen und stellen daher ein nützliches Werkzeug für die Entwicklung neuartiger Medikamente dar. Um die komplexe Struktur und Physiologie des Darms noch besser nachzustellen, wurde für den Aufbau des Modells die Caco-2 Zelllinie durch primäre Darmzellen ersetzt. Die Darmkrypten, welche undifferenzierte Stammzellen und Vorläuferzellen enthalten, wurden aus humanen Dünndarmgewebe, dem Jejunum, isoliert und in vitro expandiert. Die Zellen wurden zusammen mit Myofibroblasten auf der dezellularisierten Schweinedarmmatrix, unter statischen und dynamischen Bedingungen, kultiviert. Die primären Darmepithelzellen bildeten einen konfluenten Monolayer, welcher alle differenzierten intestinalen Zelltypen aufwies, gezeigt durch Zellen positiv für Mucin (Becherzellen), Villin (Enterozyten), Chromogranin A (enteroendokrine Zellen) und Lysozym (Paneth-Zellen). Mit Hilfe von Elektronenmikroskopie ließen sich essentielle funktionelle Einheiten eines intakten Epithels darstellen, wie die Mikrovilli und Tight Junctions. Um die Dichtigkeit des Epithels zu überprüfen wurde mit FITC-Dextran die Permeabilität bestimmt und TEER-Messungen durchgeführt. Die Modelle zeigten einen charakteristischen Transport für mehrere Referenzsubstanzen. Mechanische Stimulation durch ein dynamisches Kultivierungssystem hatte einen starken Einfluss auf die Barriereintegrität und Transporteraktivität der Modelle, was sich in einer dichteren Barriere und erhöhten Efflux-Transporteraktivität widerspiegelte. Alles in allem bietet die Verwendung primärer intestinaler Zellen in Kombination mit einer dezellularisierten biologischen Matrix eine neue, vielversprechende Möglichkeit physiologischere in vitro Modelle des Darms aufzubauen. Der Erhalt intestinaler Stammzellen mit ihrem Proliferations- und Differenzierungspotential zusammen mit angepassten Protokollen könnte dabei helfen die Modelle weiter zu verbessern. Insbesondere die dynamische Kultivierung und die Ko-Kultur-Modelle erwiesen sich als entscheidender Schritt auf dem Weg zu physiologischeren Modellen. Solche Gewebemodelle könnten sich als nützlich erweisen, wenn es darum geht die Vorhersagekraft der in vitro Modelle, sowie die in vitro-in vivo Korrelation zu verbessern. Solche Gewebemodelle können ein nützliches Werkzeuge in der präklinischen Forschung für die Testung von pharmazeutischen Wirkstoffen, probiotisch aktiven Organismen, sowie humaner pathogener Keime sein und sogar zum Aufbau personalisierter Modelle für die regenerative Medizin dienen. KW - Tissue Engineering KW - in vitro KW - Dünndarm KW - intestinal in vitro model KW - intestine Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142571 ER - TY - JOUR A1 - Jahn, Daniel A1 - Dorbath, Donata A1 - Kircher, Stefan A1 - Nier, Anika A1 - Bergheim, Ina A1 - Lenaerts, Kaatje A1 - Hermanns, Heike M. A1 - Geier, Andreas T1 - Beneficial effects of vitamin D treatment in an obese mouse model of non-alcoholic steatohepatitis JF - Nutrients N2 - Serum vitamin D levels negatively correlate with obesity and associated disorders such as non-alcoholic steatohepatitis (NASH). However, the mechanisms linking low vitamin D (VD) status to disease progression are not completely understood. In this study, we analyzed the effect of VD treatment on NASH in mice. C57BL6/J mice were fed a high-fat/high-sugar diet (HFSD) containing low amounts of VD for 16 weeks to induce obesity, NASH and liver fibrosis. The effects of preventive and interventional VD treatment were studied on the level of liver histology and hepatic/intestinal gene expression. Interestingly, preventive and to a lesser extent also interventional VD treatment resulted in improvements of liver histology. This included a significant decrease of steatosis, a trend towards lower non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) activity score and a slight non-significant decrease of fibrosis in the preventive treatment group. In line with these changes, preventive VD treatment reduced the hepatic expression of lipogenic, inflammatory and pro-fibrotic genes. Notably, these beneficial effects occurred in conjunction with a reduction of intestinal inflammation. Together, our observations suggest that timely initiation of VD supplementation (preventive vs. interventional) is a critical determinant of treatment outcome in NASH. In the applied animal model, the improvements of liver histology occurred in conjunction with reduced inflammation in the gut, suggesting a potential relevance of vitamin D as a therapeutic agent acting on the gut–liver axis. KW - vitamin D KW - obesity KW - NAFLD KW - NASH KW - inflammation KW - intestine KW - gut–liver axis Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-177222 VL - 11 IS - 1 ER - TY - THES A1 - Hoppe, Kerstin T1 - Die Aktivierung von Protease-activated receptors (PARs) mit selektiven Liganden hemmt die Dünndarmmotilität in vitro T1 - Activation of protease-activated receptors (PARs) by selective ligands inhibt peristalsis in the guinea pig ileum N2 - Die Darmatonie bei Intensivpatienten beruht auf vielen Ursachen, die im Einzelnen bisher nur unvollständig untersucht sind. Kürzlich wurde eine neue Klasse von Rezeptoren, sog. Protease-Activated Receptors (PAR1, PAR2) in verschiedenen Organen, u.a. im Darm beschrieben. Über die physiologische Funktion der PARs im Darm ist wenig bekannt. In der vorliegenden Studie wird die Wirkung von der natürlichen Liganden (PAR1: Thrombin; PAR2: Trypsin) sowie der synthetisch hergestellten Liganden (PAR1: TRAP; PAR2: SLIGRL) auf die Dünndarmperistaltik untersucht. Hierzu wurden Segmente des Meerschweinchendünndarms im Organbad kontinuierlich mit Tyrodelösung gegen einen Druck von 400 Pa perfundiert. Dabei wird ab einer konstanten Schwelle des intraluminalen Drucks (peristaltik pressure threshold, PPT) eine von oral nach aboral verlaufende peristaltische Kontraktionswelle ausgelöst und der Darminhalt ausgeworfen. Unter Einfluss einer inhibitorisch wirkenden Substanz stieg die PPT an oder es waren bei kompletter Hemmung überhaupt keine peristaltischen Kontraktionen mehr auszulösen. Eine peristaltikanregende Wirkung zeigte sich hingegen in einer Absenkung der PPT. Untersucht wurden je Substanz bzw. Substanzkombination sechs Segmente von sechs verschiedenen Meerschweinchen, wobei jedes Darmsegment nur mit einer Konzentration einer Substanz behandelt wurde. Die Signifikanzprüfung erfolgte auf dem Niveau von p<0,05 (Kolmogorov-Smirnov-Test, ANOVA). Wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die synthetisch hergestellten Liganden an PAR1 und PAR2, SLIGRL und TRAP, die Dünndarmmotilität konzentrationsabhängig hemmen. Im Gegensatz dazu zeigten die natürlichen Liganden an PAR1 und PAR2, Thrombin und Trypsin, keinen Effekt auf die Dünndarmmotilität. Durch Vorbehandlung des Darms mit Antagonisten und Inhibitoren der vermuteten Signaltransduktionswege wurden die der Hemmung zugrunde liegenden Mechanismen untersucht. Die Hemmwirkung von TRAP und SLIGRL ließ sich durch Vorbehandlung des Darms mit Naloxon, nicht jedoch mit Apamin aufheben. Somit sind an der inhibitorischen Wirkung der PAR1- und PAR2-Agonisten am Meerschweinchendünndarm enterische, möglicherweise unspezifische opioiderge Mechanismen beteiligt, allerdings keine „low conductance Ca2+ activated K+ Channels“. Die motilitätshemmende Wirkung des Benzodiazepins Midazolam wurde durch PAR1- (Thrombin, TRAP), nicht jedoch durch PAR2-Agonisten (Trypsin, SLIGRL) verstärkt. Der hemmende Effekt des Opiates Fentanyl wurde weder durch PAR1- oder PAR2-Agonisten beeinflusst. N2 - Bowel paralysis in intensive care patients is based on many different factors, which are investigated only incomplety until now. Recently a new class of receptors, protease activated receptors (PARs), in different tissues were discribed,inter alia in the intestine. The present study examnined the effect of PARs on gut motility. KW - Darm KW - PARs KW - Dünndarmmotilität KW - Bowel KW - ileum KW - gut motilty KW - intestine KW - intensive care Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37195 ER -