Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Investigations on the innate immunity of the esophagus epithelium of domesticated mammals

Hornickel, Isabelle Nina

The aim of this dissertation thesis was to support or refute the hypothesis, whether the esophagus epithelium of domesticated mammals exhibits characteristical features of innate immunity or not. The experimental basis of this study was immunohistochemical staining which was evaluated in a qualitative and semiquantitative matter. We obtained esophagus samples from omnivores, carnivorous and herbivorous species. An additional feature of this thesis was to analyse the influence of different fixation media on the immunohistochemical results. We clearly confirmed the existence of several innate immune parameters in the esophagus epithelium of domesticated mammals. Toll-like receptor 2 seems to play a pivotal role in this manner. Furthermore, cationic antimicrobial peptides contribute to the maintainance of epithelial integrity (ß- defnsin 2 and 3 and Cathelicidin). The less keratinised esophagus epithelium of the carnivorous cat was protected from exogenous strain by an extraordinary high amount of antimicrobial peptides. In contrast, in the epithelium of the herbivorous and omnivorous species a stronger keratinisation and a characteristical epithelial layer structure guaranteed an effective mechanical barrier. A detection of the soluble pathogen recognising ß-glucan receptors remained inconclusive. Additionally, the enzymatically active protein lysozyme could be demonstrated in the mammalian esophagus epithelium. Furthermore, cellular components of the innate immune system were present in the esophagus epithelium. In this context, we demonstrated langerin (+) Langerhans cells in basal layers of the murine and equine esophagus. The immunohistochemical results were complemented by observations made by cryo SEM. It could be shown for all species studied that the esophagus epithelium is covered by a thin layer of bacteria and fungi. It can be summarised that the present dissertation offers a detailed characterisation of the innate immune parameters present in the esophagus epithelium of domesticated mammals. Our findings might also contribute to the progress of research on human esophageal illnesses, such as reflux esophagitis or Barrett`s esophagus. In this connection, the use of already established animal models (mouse, rat, pig) could benefit from our results to some extent.

Ziel dieser Dissertation war zu klären, ob das Oesophagusepithel von Haussäugetieren charakteristische Merkmale der angeborenen Immunität aufweist. Zunächst wurde der Frage nachgegangen, ob überhaupt eine bemerkenswerte Besiedlung des Oesophagusepithels mit Mikroorganismen besteht. Methodische Grundlage für die vorliegende Studie waren immunhistochemische Färbungen, die qualitativ und semiquantitativ ausgewertet wurden. Als Material dienten Oesophagusproben von omnivoren, karnivoren und herbivoren Spezies. Ein zusätzlicher methodischer Aspekt war es die Einflüsse von drei verschiedenen Fixationsmedien auf die immunhistochemischen Ergebnisse zu beurteilen. Die Ergebnisse lieferten den Beweis für die Existenz von Parametern der angeborenen Immunität im Oesophagusepithel der Haussäugetiere. Als erste Instanz einer Pathogenerkennung scheint der Toll-like Rezeptor 2 von besonderer Bedeutung zu sein. Zum weiteren Schutz der epithelialen Barriere produzierten die Epithelzellen kationische antimikrobielle Peptide (ß-defensin 2 und 3 und Cathelecidin). Das nur schwach verhornte Oesophagusepithel der karnivoren Katze wurde vor einer Keiminvasion durch besonders hohe Mengen an antimikrobiellen Peptiden geschützt, während im Epithel der herbivoren und omnivoren Spezies eine mehr oder weniger starke Keratinisierung und ein charakterischer histologischer Aufbau für einen guten mechanischen Schutz sorgten. Ein Nachweis der löslichen, Pathogen-erkennenden ß-glucan Rezeptoren auf den Zellen des Oesophagusepithels der Haussäugetiere war innerhalb dieser Studie nicht möglich. Des Weiteren konnte das enzymatisch aktive Protein Lysozym in allen Spezies nachgewiesen werden. Außerdem wurde ein Beweis für das Vorkommen zellulärer Abwehrinstanzen innerhalb des Oesophagusepithels der Haussäugetiere erbracht. In diesem Zusammenhang gelang es, Langerhans Zellen beim Pferd und bei der Maus zu erfassen. Mittels Cryo REM gelang die Darstellung einer dünnen Schicht von Bakterien und Pilzen auf der Oesophagusoberfläche. Zusammenfassend gesehen, liefert die vorliegende Dissertation eine detaillierte Charakterisierung der Parameter der angeborenen Immunität des Oesophagusepithels der Haussäugetiere. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten bei der Erforschung humaner Erkrankungen der Speiseröhre, wie zum Beispiel der Refluxoesophagitis oder des Barrett Oesophagus, besonders im Zusammenhang mit den vorhandenen Tiermodellen (Maus, Ratte, Schwein) von Nutzen sein.

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Hornickel, Isabelle Nina: Investigations on the innate immunity of the esophagus epithelium of domesticated mammals. Hannover 2009. Tierärztliche Hochschule.

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