Mimicking the pathogenesis of inflammatory bowel disease in an intestinal cell model

Normale biologische Aktivitäten in Epithelzellen, wie zum Beispiel Proliferation, Differenzierung, Absorption und Sekretion, werden hauptsächlich über hochsynchronisierte Signalisierungsnetze gesteuert. Diese Signalnetzwerke setzen sich nicht nur aus stimulierenden, bzw. inhibitorischen Hormonen, wie Zytokinen oder Wachstumsfaktoren zusammen, sondern beinhalten auch Lipide, Kalzium und andere Ionen, die in vielen Signalwegen eine bedeutende Rolle spielen.   Die wichtigsten Faktoren, die das Gleichgewicht der Synchronisation von Signalnetzwerken aufrechterhalten, sind die direkten Verbindungen zwischen Zellen, die durch die Junction-Plaques aufrechterhalten werden. Diese Plaques werden nach ihrer Funktion in Tight-Junctions, Adherens-Junctions und Gap-Junctions unterteilt. Diese Verbindung zwischen Epithelzellen wird durch Strukturen gewährleistet, die aufgrund ihrer Funktion als Abdichtung der Interzellularräume eine Schutzfunktion haben und als „intestinale Barriere“ bezeichnet werden. Der Zusammenbau dieser Junction-Plaques wird durch das kortikale Aktin-Zytoskelett und die Myosin-II-Aktivität reguliert. Eine große Anzahl von Publikationen zeigte, dass eine Störung der zellulären Signaltransduktion aufgrund von Entzündungen zu Funktionsstörungen der „intestinale Barriere“ führen kann.   Es wurde festgestellt, dass ein Verlust der Schutzfunktion von Epithelbarrieren, die mit der Umgebung interagieren und die Homöostase der Schleimhaut erhalten, an der Entwicklung von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) beteiligt ist. Der molekulare Mechanismus, der Defekte in intestinalen Epithelzellen (IECs) und deren Barrieren auslöst, ist jedoch weitgehend unbekannt. Es wurde auch festgetellt, dass der Verlust der Barrierefunktion mit ER-Stress in Verbindung steht. Wir verwendeten Dextran-Natriumsulfat (DSS), um ER-Stress in caco-2 Zellen zu induzieren, welche ein Modell für die Enterozyten des Epithels darstellen. Wir untersuchten den Einfluss der ER-Stressreaktion auf die Veränderung der Lipidflossenkonstruktion basierend auf dem Cholesteringehalt im intestinalen Epithelkultursystem und Proteinen, die die Zellintegrität vermitteln. Interessanterweise zeigte die Membran-Lipid-Raft-Analyse in Zellen, die mit DSS behandelt wurden, reduzierte Cholesterinspiegel in Lipid-Rafts. Darüber hinaus wurde in gestressten Zellen ein Verlust der Interaktion zwischen β-Actin, ZO-1 und E-cadherin beobachtet. Interessanterweise fanden wir, dass RhoA während der Veränderung von ER-Homöostase und Lipid-Rafts signifikant runterreguliert wird. Schließlich impliziert ER-Stress eine Veränderung innerhalb der Hydrolase-Enzym-Saccharose-Isomaltase-Homöostase. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass unsere Untersuchung eine Rolle bei der Zusammensetzung von RhoA und Lipid-Rafts spielt, die durch eine unausgeglichene ER-Homöostase während zellulärer Entzündung ausgelöst wird, die bei Störungen zu einer Herabregulierung von RhoA führt, die Biogenese von Lipiden unterbricht und folglich die Zellintegrität und -polarität reduziert. Letztendlich erweitert diese Studie unser Wissen über die fehlregulierte Funktion von Lipid-Rafts während der Entzündung und gibt eine Perspektive für die bevorstehende Entwicklung von regenerativen Therapien, die eine der therapeutischen Möglichkeiten zur Erzielung einer Schleimhautheilung bei refraktären Patienten von CED werden können.