Einfluss von Mikrobiota auf Faktoren der intestinalen mukosalen Barriere

Abstract

Das Darmepithel unterliegt einer ständigen Regenerierung und somit einer hohen Rate an Zellproliferation, Determinierungsvorgängen und Zelldifferenzierung. Diese Prozesse werden durch spezifische Signalmoleküle kontrolliert, welche in einem komplizierten Netzwerk zusammenwirken und sich gegenseitig beeinflussen. In dieser Arbeit untersuchte ich im Detail den Einfluss von Mikroorganismen auf die Faktoren, welche an der Differenzierung und Funktion des intestinalen Epithels beteiligt sind. Dabei wurde eine bakterielle Regulation der Differenzierungsfaktoren Hes1, Hath1 und KLF4, sowie von Elementen der mukosalen Barriere, der Muzine Muc1 und Muc2 und der antimikrobiellen Peptide (AMPs) HBD2 und Elafin, untersucht. In einem in vitro Modell konnte beobachtet werden, dass Hitze-inaktivierte intestinale Bakterien, insbesondere die E. coli Stämme E. coli K12 und E. coli Nissle 1917 (EcN) die Expression von Hes1 und Hath1 herunterregulieren. Gleichzeitig wurde eine Induktion von Muc1, HBD2 und Elafin beobachtet. In einem in vivo Modell wirkte die Anwesenheit von Darmmikrobiota inhibitorisch auf die Expression von Hes1, Math1 (Maus-homolog zu Hath1) und KLF4 im Dickdarm der Maus. Durch in vitro Experimente konnte des Weiteren gezeigt werden, dass Flagellin in die EcN-abhängige Regulation von Hes1, Hath1, Muc1, Elafin und HBD2 involviert ist. Zudem demonstrierten weitere in vitro Versuche, dass NFkB in die EcN-bedingte Induktion von Muc1, Elafin und HBD2 eingreift. Dabei wurde die Expression von Hes1 und Hath1 unabhängig von EcN durch die NFkB-Blockade erheblich gehemmt und die Expression von KLF4 induziert. Im Dickdarm der Mäuse mit einer spezifisch in den intestinalen Epithelzellen vorliegenden NEMO-Deletion (Stilllegung der kanonischen NFkB-Signalkaskade) wurde eine verminderte Expression von Hes1, Math1 und KLF4, aber auch von Muc1 und tendenziell von Muc2 beobachtet. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben einen Hinweis darauf, dass Mikrobiota über die Regulation von Differenzierungsfaktoren wie Hes1, Hath1 und KLF4 an der intestinalen Differenzierung beteiligt sind. Des Weiteren wurde ein bakterieller Einfluss auf die Funktion der intestinalen Barriere, wie die Produktion von Muzinen und AMPs, bestätigt. Die genauen Zusammenhänge zwischen Mikrobiota, Zelldifferenzierung und Funktion des intestinalen Epithels könnten neue und therapierelevante Erkenntnisse für intestinale Erkrankungen wie chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen und Kolonkarzinom liefern und sollten in weiteren Studien untersucht werden.