Klinik und Poliklinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Kinderchirurgie (Chirurgische Klinik I)
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Background: The hypothalamus is an important brain region for the regulation of energy balance. Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) surgery and gut hormone-based treatments are known to reduce body weight, but their effects on hypothalamic gene expression and signaling pathways are poorly studied. Methods: Diet-induced obese male Wistar rats were randomized into the following groups: RYGB, sham operation, sham + body weight-matched (BWM) to the RYGB group, osmotic minipump delivering PYY3-36 (0.1 mg/kg/day), liraglutide s.c. (0.4 mg/kg/day), PYY3-36 + liraglutide, and saline. All groups (except BWM) were kept on a free choice of high- and low-fat diets. Four weeks after interventions, hypothalami were collected for RNA sequencing. Results: While rats in the RYGB, BWM, and PYY3-36 + liraglutide groups had comparable reductions in body weight, only RYGB and BWM treatment had a major impact on hypothalamic gene expression. In these groups, hypothalamic leptin receptor expression as well as the JAK–STAT, PI3K-Akt, and AMPK signaling pathways were upregulated. No significant changes could be detected in PYY3-36 + liraglutide-, liraglutide-, and PYY-treated groups. Conclusions: Despite causing similar body weight changes compared to RYGB and BWM, PYY3-36 + liraglutide treatment does not impact hypothalamic gene expression. Whether this striking difference is favorable or unfavorable to metabolic health in the long term requires further investigation.
Background: Treatment options for NAFLD are still limited. Bariatric surgery, such as Roux-en-Y gastric bypass (RYGB), has been shown to improve metabolic and histologic markers of NAFLD. Glucagon-like-peptide-1 (GLP-1) analogues lead to improvements in phase 2 clinical trials. We directly compared the effects of RYGB with a treatment using liraglutide and/or peptide tyrosine tyrosine 3-36 (PYY\(_{3-36}\)) in a rat model for early NAFLD. Methods: Obese male Wistar rats (high-fat diet (HFD)-induced) were randomized into the following treatment groups: RYGB, sham-operation (sham), liraglutide (0.4 mg/kg/day), PYY\(_{3-36}\) (0.1 mg/kg/day), liraglutide+PYY\(_{3-36}\), and saline. After an observation period of 4 weeks, liver samples were histologically evaluated, ELISAs and RNA sequencing + RT-qPCRs were performed. Results: RYGB and liraglutide+PYY\(_{3-36}\) induced a similar body weight loss and, compared to sham/saline, marked histological improvements with significantly less steatosis. However, only RYGB induced significant metabolic improvements (e.g., adiponectin/leptin ratio 18.8 ± 11.8 vs. 2.4 ± 1.2 in liraglutide+PYY\(_{3-36}\)- or 1.4 ± 0.9 in sham-treated rats). Furthermore, RNA sequencing revealed a high number of differentially regulated genes in RYGB treated animals only. Conclusions: The combination therapy of liraglutide+PYY\(_{3-36}\) partly mimics the positive effects of RYGB on weight reduction and on hepatic steatosis, while its effects on metabolic function lack behind RYGB.
The human gastrointestinal tract is in constant contact with microbial stimuli. Its barriers have to ensure co-existence with the commensal bacteria, while enabling surveillance of intruding pathogens. At the centre of the interaction lies the epithelial layer, which marks the boundaries of the body. It is equipped with a multitude of different innate immune sensors, such as Toll-like receptors, to mount inflammatory responses to microbes. Dysfunction of this intricate system results in inflammation-associated pathologies, such as inflammatory bowel disease. However, the complexity of the cellular interactions, their molecular basis and their development remains poorly understood. In recent years, stem cell-derived organoids have gained increasing attention as promising models for both development and a broad range of pathologies, including infectious diseases. In addition, organoids enable the study of epithelial innate immunity in vitro. In this review, we focus on the gastrointestinal epithelial barrier and its regional organization to discuss innate immune sensing and development.
Epstein-Barr virus (EBV) is best known for infection of B cells, in which it usually establishes an asymptomatic lifelong infection, but is also associated with the development of multiple B cell lymphomas. EBV also infects epithelial cells and is associated with all cases of undifferentiated nasopharyngeal carcinoma (NPC). EBV is etiologically linked with at least 8% of gastric cancer (EBVaGC) that comprises a genetically and epigenetically distinct subset of GC. Although we have a very good understanding of B cell entry and lymphomagenesis, the sequence of events leading to EBVaGC remains poorly understood. Recently, ephrin receptor A2 (EPHA2) was proposed as the epithelial cell receptor on human cancer cell lines. Although we confirm some of these results, we demonstrate that EBV does not infect healthy adult stem cell-derived gastric organoids. In matched pairs of normal and cancer-derived organoids from the same patient, EBV only reproducibly infected the cancer organoids. While there was no clear pattern of differential expression between normal and cancer organoids for EPHA2 at the RNA and protein level, the subcellular location of the protein differed markedly. Confocal microscopy showed EPHA2 localization at the cell-cell junctions in primary cells, but not in cancer cell lines. Furthermore, histologic analysis of patient tissue revealed the absence of EBV in healthy epithelium and presence of EBV in epithelial cells from inflamed tissue. These data suggest that the EPHA2 receptor is not accessible to EBV on healthy gastric epithelial cells with intact cell-cell contacts, but either this or another, yet to be identified receptor may become accessible following cellular changes induced by inflammation or transformation, rendering changes in the cellular architecture an essential prerequisite to EBV infection.
Staphylococcus aureus ist einer der häufigsten Erreger von nosokomialen Infektionen. Diese grampositiven Bakterien verursachen neben harmlosen oberflächlichen Hautinfektionen auch lebensbedrohliche Systeminfektionen. Ein großes Problem in der Therapie von S. aureus-Infektionen stellen die zunehmenden Multiresistenzen dar. Die Entwicklung neuer Antibiotika wird zukünftig wahrscheinlich nicht ausreichen, da immer wieder neue Resistenzen der Bakterien zu erwarten sind. Es besteht daher dringender Bedarf an der Entwicklung alternativer Therapieformen im Kampf gegen multiresistente Problemkeime wie S. aureus. Eine Möglichkeit besteht in der Immuntherapie, zum Beispiel durch Gewinnung von monoklonalen Antikörpern gegen geeignete Targetstrukturen von S. aureus. Ziel dieser Arbeit war es, zunächst zwei Proteine IsaA und IsaB herzustellen, um diese Proteine für Immunisierungsstudien zu nutzen. Zunächst wurde das gereinigte IsaA-Protein verwendet, um ein Kaninchen zu immunisieren. Mit den daraus gewonnenen Antikörpern wurden dann erste Tierversuche begonnen, um die Bedingungen für den therapeutischen Einatz von gegen IsaA-gerichteten Antikörpern zu ermitteln und die Wirksamkeit einer Antikörper-Behandlung zu evaluieren. Für die Herstellung der gewünschten Proteine wurden die Gensequenzen zunächst aus verschiedenen S. aureus-Stämmen mittels PCR amplifiziert und in den kommerziellen Expressionsvektor pQE30 kloniert. Die amplifizierte Gensequenz stammt aus den klinischen Stämmen 418 (IsaA) bzw. 134 (IsaB). Nach der Klonierung wurden geeignete Expressions- und Reinigungsstrategien entwickelt. Dabei wurden folgende Bedingungen als optimal für Wachstum und Überexpression herausgearbeitet: IsaA: Induktion der Überexpression mit 100 µM IPTG, 3 h Wachstum bei 37°C. IsaB: Induktion der Überexpression mit 100 µM IPTG, 4 h Wachstum bei 37°C. Es stellte sich auch heraus, dass IsaA zunächst in nur unzureichender Quantität vorhanden bzw. exprimiert worden war. Die Vermutung, dass IsaA überwiegend im Pellet in sogenannten Einschlusskörpern (inclusion bodies) eingeschlossen war, erklärte dieses Phänomen. Das Protein konnte erfolgreich aus dem Pellet isoliert werden. Die Produktion und Aufreinigung beider Proteine IsaA und IsaB unter optimierten Bedingungen ergab, dass beide Proteine nun in ausreichender Menge und Konzentration für die folgende Immunisierung und die weiteren Arbeiten vorlagen. Aus Kaninchen, die mit IsaA immunisiert wurden, konnten polyklonale Antikörper gewonnen werden, die die Grundlage für einen ersten Tierversuch mit 24 Ratten bildeten. Hierbei zeigte sich, dass die Tiere, die mit 1.000.000.000 Bakterien infiziert worden waren deutlich stärkere Infektionszeichen aufwiesen als diejenigen, die mit 100.000.000 Bakterien infiziert worden waren. Weiterhin wurde deutlich, dass die Tiere, die Serum (mit Antikörper gegen IsaA) erhalten hatten, gegenüber den Vergleichstieren mit Placebo einen deutlichen Vorteil hinsichtlich Infektionszeichen und Immunantwort hatten. Somit belegen die tierexperimentiellen Ergebnisse in dieser Arbeit erstmalig den therapeutischen Nutzen von Antikörpern gegen IsaA. IsaA ist demnach ein geeignetes Target für eine Immuntherapie gegen S. aureus.