Der Einfluss von epithelialem HMGB1 auf Entzündungsprozesse im murinen Darm

Abstract

Das Darmepithel spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Funktion und Integrität des Darms. Es dient als physische Barriere zwischen dem Inhalt des Lumens und dem darunter liegenden Gewebe. Gleichzeitig ist es an der Nährstoffaufnahme und der Immunantwort beteiligt. Zelleigene Alarmine, die auch als damage-associated molecular patterns (DAMPs) bezeichnet werden, und pathogen assoziierte Strukturmotive, pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), treffen hier aufeinander. Eine effiziente Wundheilung und die Induktion von Entzündungsreaktionen bei Störungen der Homöostase oder Gewebsschädigungen der Darmbarriere sind für den Organismus lebensnotwendig. Ein Schlüsselmolekül, das an der Entzündungsreaktion während einer Schädigung oder Entzündung des Darmepithels beteiligt ist, ist High-mobility group box 1 (HMGB1). In den letzten Jahren wurde dieses Protein zunehmend als wichtiger Faktor in der Pathogenese von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) sowie Darmkrebs beschrieben. HMGB1 wird sowohl während entzündlicher Darmerkrankungen als auch in Darmkrebsgewebe überexprimiert. Zudem korreliert die HMGB1-Konzentration in Serum und Stuhl von CED-Patienten mit einem erhöhten Schweregrad der Erkrankung. In Vorarbeiten zu diesem Projekt konnte bereits gezeigt werden, dass eine genetische HMGB1-Defizienz in Darmepithelzellen den Krankheitsverlauf bei der chemisch induzierten DSS-Colitis der Maus signifikant verschlechtert, während diese keine Auswirkungen im Rahmen der bakteriellen C.rodentium oder chronischen T-Zell-induzierten Kolitis hat. Im Modell der spontanen Karzinogenese führte die epitheliale HMGB1-Deletion jedoch zu einer verstärkten Tumorbildung. In dieser Arbeit wurde primär die kontextabhängige Funktion von epithelialem HMGB1 im DSS-geschädigten Darm untersucht, um die Reaktionen des Wirtes auf Darmverletzungen besser zu charakterisieren und potenziell eine Grundlage für weitere Therapieansätze zu schaffen. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass eine genetische epitheliale HMGB1-Defizienz keinen Einfluss auf die Funktionalität sowie die Proliferation und Migrationskapazität des Epithels in der frühen Phase der DSS-Colitis hat. Dies konnte durch BrdU- und Ki-67-Färbungen sowie durch Scratch-Assays verdeutlicht werden. Eine DSS-induzierte Entzündung an Organoiden in vitro führte zu einer vergleichbaren Induktion von Genen, die an der Entzündung beteiligt sind, sowie einem unveränderten Wachstumsverhalten. Dies weist auf eine unveränderte zelluläre Grundfunktionalität und Reaktionsfähigkeit in Abwesenheit von intrazellulärem HMGB1 hin. Die Integrität der Darmbarriere wird durch eine epitheliale HMGB1-Defizienz nicht beeinträchtigt. Dies konnte durch einen vergleichbaren Anstieg der Permeabilitätsmarker IFABP, DAO und Zonulin im Serum nach 7 Tagen DSS-Behandlung gezeigt werden. Weiterhin war das Genexpressionsniveau von tight junctions zwischen Hmgb1ΔIEC und Hmgb1f/f vergleichbar, was auf vergleichbare Barriereeigenschaften bei Abwesenheit von epithelialem HMGB1 hindeutet. Die Analyse der epithelialen Sequenzierungsdaten zeigte eine stark abweichende Programmierung der Epithelzellen und in einem geringeren Maße eine transkriptionelle Veränderung der myeloiden Immunzellen in Hmgb1ΔIEC in der frühen Phase der DSS-Colitis. Die Reprogrammierung der Epithelzellen ist durch Veränderungen von Signalwegen charakterisiert, die mit dem Umbau der extrazellulären Matrix und ihrer Organisation assoziiert sind, was sich in einer veränderten Wundheilung oder einer veränderten Zell-Zell-Verbindung bei der Heilung der Läsionen ausdrücken könnte. Die veränderte Signalgebung an Epithelzellen und myeloiden Zellen steht vermutlich in Zusammenhang mit der Signalwirkung durch weitere PAMPs wie Lipopolysaccharid und anderen Pathogenen im Rahmen der Colitis.