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Altered host-intestinal microbiota interactions are increasingly implicated in the metabolic benefits of Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) surgery. We previously found, however, that RYGB-associated ileal microbiota can paradoxically impair host glycemic control when transferred to germ-free mice. Here we present complementary evidence suggesting that this could be due to the heightened development of systemic endotoxemia. Consistently, application of ileal content from RYGB-treated compared with sham-operated rats onto Caco-2 cell monolayers compromised barrier function and decreased expression of the barrier-stabilizing proteins claudin-4 and desmoglein-2. Our findings raise the possibility that RYGB-associated ileal microbiota produce and release soluble metabolites which locally increase intestinal permeability to promote systemic endotoxemia-induced insulin resistance, with potential implications for the treatment of RYGB patients who eventually relapse onto type 2 diabetes.
Enteric glial cells (EGCs) of the enteric nervous system are critically involved in the maintenance of intestinal epithelial barrier function (IEB). The underlying mechanisms remain undefined. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) contributes to IEB maturation and may therefore be the predominant mediator of this process by EGCs. Using GFAP\(^{cre}\) x Ai14\(^{floxed}\) mice to isolate EGCs by Fluorescence-activated cell sorting (FACS), we confirmed that they synthesize GDNF in vivo as well as in primary cultures demonstrating that EGCs are a rich source of GDNF in vivo and in vitro. Co-culture of EGCs with Caco2 cells resulted in IEB maturation which was abrogated when GDNF was either depleted from EGC supernatants, or knocked down in EGCs or when the GDNF receptor RET was blocked. Further, TNFα-induced loss of IEB function in Caco2 cells and in organoids was attenuated by EGC supernatants or by recombinant GDNF. These barrier-protective effects were blunted when using supernatants from GDNF-deficient EGCs or by RET receptor blockade. Together, our data show that EGCs produce GDNF to maintain IEB function in vitro through the RET receptor.
Der Zusammenbruch der intestinalen Epithelbarriere ist ein Schlüsselfaktor in der Pathogenese von Morbus Crohn. Die Mechanismen dahinter sind jedoch noch immer ungeklärt. In dieser Arbeit wurden Enteroide dahingehend untersucht, ob sie als geeignetes In-vitro-Modell zur Analyse, der in Patientenproben beobachteten Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere dienen.
Zunächst wurden Darmproben aus Patienten mit Morbus Crohn sowie gesunden Patienten gesammelt und Enteroide aus Stammzellen der Intestinalen Krypten einiger Patientenproben generiert. Abschließend wurden die Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere auf proteinbiochemischer Ebene in humanen Gewebeproben und Enteroiden vergleichend untersucht und analysiert.
Es kam zu tiefgreifenden Veränderungen der Expressionsmuster der analysierten Junktionsproteine in den Patientenproben. Überraschenderweise spiegelten sich diese Änderungen für alle Junktionsproteine bis auf Claudin 1 und E-Cadherin, in den aus schwer entzündetem Gewebe generierten und unstimulierten Enteroiden, wider.
Die Arbeit zeigt, dass Enteroide scheinbar einige der Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere bei Morbus Crohn auf Proteinebene in vitro beibehalten und widerspiegeln. Auf Grundlage dieses Enteroid-Modells ist es nun möglich, neue Erkenntnisse über die Pathomechanismen des Verlusts der Integrität der intestinalen Epithelbarriere zu erlangen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln.