Morphologische und funktionelle Charakterisierung von Genmutationen in Toll-like Rezeptor (TLR) 2 und TLR4 bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen im intestinalen Epithel

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Die Ätio-Pathogenese von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) ist bislang noch nicht eindeutig geklärt, wobei Toll-like Rezeptoren (TLRs) eine Schlüsselrolle in der mukosalen Immunität spielen. So wurde der TLR2-R753Q-Polymorphismus mit einem schweren Krankheitsphänotyp der Colitis ulcerosa, der sog. Pancolitis, und die TLR4-Polymorphismen TLR4-D299G und TLR4-T399I als Risikofaktoren mit CED assoziiert. Dementsprechend sollten in der vorliegenden Arbeit die funktionellen und phänotypischen Auswirkungen dieser TLR2/4-Genmutationen im intestinalen Epithel untersucht werden.

TLR2 spielt eine wichtige Rolle in der Regulation der intestinalen Barriereintegrität und der mukosalen Homöostase. In dieser Transfektionsstudie wirkte sich die Überexpression von TLR2 in intestinalen Epithelzellen (IEC) positiv auf die Differenzierung der Caco-2-Zellen aus. Zusätzlich schützte dies die Barriereintegrität der IEC, unter anderem auch durch Induktion der Proliferation und metabolischen Aktivität. In dieser Studie förderte die Überexpression von TLR2 in vitro verschiedene Wundheilungsmechanismen, z.B. durch eine erhöhte Zell-Zell-Kommunikation und eine effektivere und schnellere Migration und Restitution nach Verwundung, vor allem durch die konstitutive Produktion und Sekretion von TFF3.
Im Gegensatz dazu zeigte sich die TLR2-R753Q-Mutation in dieser Arbeit als eine "loss-of-function" Mutation mit schweren Wundheilungsstörungen in IEC. Im Einzelnen waren dies Defizite in der Zell-Zell-Kommunikation – wahrscheinlich aufgrund eines übermäßigen Abbaus des Cx43-Proteins durch ein hyperaktives Proteasom. Des Weiteren waren Proliferation und metabolische Aktivität der TLR2-R753Q-IEC signifikant vermindert und die Zellen zeigten keine ausreichende Restitution nach Verwundung. Dies ist am ehesten durch den TFF3-Mangel in den TLR2-R753Q-Zellen bedingt.
Die hier erstmals identifizierten Wundheilungsstörungen in den TLR2-R753Q-IEC könnten den schwereren Krankheitsphänotyp der Pancolitis in Colitis ulcerosa-Patienten erklären. Diese ersten Hinweise auf mögliche Mechanismen einer Pancolitis und weiterführende Studien in der Zukunft könnten neue Therapieansätze für Colitis ulcerosa-Patienten durch Subgruppierung der Patienten analog des Genotyps TLR2-R753Q ergeben.
In zweiten Teil der Arbeit wurde der TLR4-D299G-Polymorphismus hingegen als eine "gain-of-function" Mutation in IEC identifiziert. Die Überexpression der TLR4-D299G-Mutation führte zu einem Tumorzellphänotyp mit gestörtem Aufbau des Aktinzytoskeletts und schweren Störungen des Zellteilungsablaufes. Zusätzlich waren die TLR4-D299G-Zellen durch ihre niedrige SI-Expression entdifferenziert, welches eine weitere typische Tumoreigenschaft ist.
Im TLR4-D299G-Klon waren wesentliche Gene von Entzündungsmediatoren, Gerinnungsfaktoren und der Komplementkaskade konstitutiv erhöht, so dass die TLR4-D299G-Mutation in IEC den Status einer andauernden Entzündung auszulösen scheint. Der TLR4-D299G-Klon zeigte in funktionellen Studien sowohl in vitro als auch in vivo im CD1 nu/nu Xenograft-Mausmodell einen invasiven Tumorzellphänotyp. Als ein möglicher beteiligter Mechanismus für die maligne Transformation des TLR4-D299G-Klons konnte in vitro der STAT3-Signalweg identifiziert werden. STAT3 war im TLR4-D299G-Klon durch eine deutlich erhöhte Phosphorylierung an Tyrosin 705 konstitutiv aktiviert. Die Inhibition von STAT3 führte zur Blockade der Tumorzellinvasion.
Die Überexpression von TLR4-FL und TLR4-T399I in IEC führte hingegen zu keiner der oben beschriebenen Eigenschaften des TLR4-D299G-Klons.
Langanhaltende Entzündungen können zur Tumorentstehung führen und CED-Patienten haben so ein erhöhtes Risiko, ein Colitis-assoziiertes Colonkarzinom zu entwickeln. Überträgt man die Daten der vorliegenden Arbeit auf CED-Patienten, so könnten Patienten mit dem TLR4-D299G-Polymorphismus ein erhöhtes Risiko haben, ein Colitis-assoziiertes Colonkarzinom mit besonders aggressivem Wachstumsverhalten zu entwickeln. Dementsprechend müssten solche Patienten in kürzeren Abständen überwacht und eventuell früher und intensiver therapiert werden.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Biologie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie » 576 Genetik und Evolution
Beitragende:
Prof. Dr. med. Cario, Elke [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. rer. nat. Opalka, Bertram [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Ehrenhofer-Murray, Ann [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
10.01.2011
Dokument erstellt am:
10.01.2012
Promotionsantrag am:
29.09.2010
Dateien geändert am:
10.01.2012
Medientyp:
Text