Therapeutischer Einsatz von Lipiden bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen: Bedeutung von Lipid Mikrodomänen (Lipid rafts) und deren Veränderung für die intestinale Entzündungsreaktion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wir konnten in der „Grandperiode“ zeigen, dass PC, exogen appliziert, in die Zellmembran integriert wird und den entzündlichen Signalstatus der Zelle verändert. Dabei konnten wir bestätigen, dass PC oder LPC, nicht aber SM, Glyzerolipide oder langkettige Fettsäuren einen inhibitorischen Effekt auf die TNFa induzierte NFkB Aktivierung haben. Interessanterweise war der pro- oder anti-entzündliche Effekt von komplexen Fettsäuren wie Omega-3 Fettsäuren oder Arachnoidonsäure von der Länge der Expositionszeit abhängig. Bei kurzer Exposition zeigten sowohl Omega-3 Fettsäuren als auch die Arachnoidonsäure pro-inflammatorische Effekte. Eine mögliche Erklärung, wie PC die TNFa induzierte NFkB Aktivierung inhibiert, ist eine Interaktion mit Lipid Mikrodomänen (Lipid rafts). Wir konnten zeigen, dass insbesondere ungesättigte PC-Moleküle die Assoziation von Raftmarkerproteinen wie Yes oder Fotillin mit gegen Detergentien resistente Membranen verringert. Gesättigte PC-Moleküle hatten hingegen einen deutlich geringeren Effekt. Überraschenderweise wurde die Raft-Assoziation der TNF-Rezeptoren (TNF-R1 und TNF-R2) nach TNFa Stimulation durch PC und LPC verstärkt, wenn diese transient überexprimiert wurden. Da die Oberflächenexpression der TNF-Rezeptoren durch die Applikation von Lipiden nicht verändert wurde, hypothetisieren wir, dass zumindest im Kurzzeiteffekt Membrankompartimente so verändert werden, dass ein pro-inflammatorisches Signalling inhibiert wird. Dies hat interessanterweise einen nachhaltigen Effekt. Wir konnten entsprechend zeigen, dass auch 4-8 Stunden nach kurzzeitiger Applikation von PC (5min) die pro-inflammatorische Gentranskription (IL-8, ICAM-1,IP-10, MCP-1, MMP-1, TNFa) vermindert ist. Leider konnten wir die Effekte im polarisierten Zellsystem aus technischen Gründen (keine stabile Expression, Aufnahme der Lipide deutlich weniger, pro-entzündliche Aktivierung deutlich geringer) nicht nachvollziehen. Das im Intestinum exprimierten Raftmarkerprotein Flotillin-2, welches sich durch die PC-Gabe besonders gut in seiner Kompartimentierung beeinflussen ließ, wurde an humanen Biopsien untersucht. Hier zeigte sich, dass die Expression sowohl auf RNA, als auch auf Protein Ebenen sowie die Lokalisation innerhalb der Epithelzellen durch die inflammatorische Reaktion bei Colitis ulcerosa oder Morbus Crohn nicht beeinflusst wird. Dies spricht ebenfalls dafür, dass möglicherweise nicht über Expression, sondern über die intrazelluläre Membrankompartimentierung Einfluss auf die Entzündungsreaktion genommen wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Alterations of phospholipid concentration and species composition of the intestinal mucus barrier in ulcerative colitis: a clue to pathogenesis. Inflamm Bowel Dis 2009, 15(11):1705-1720
Braun A, Treede I, Gotthardt D, Tietje A, Zahn A, Ruhwald R, Schoenfeld U, Welsch T, Kienle P, Erben G, Lehmann WD, Fuellekrug J, Stremmel W, Ehehalt R
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TNF-alpha-induced up-regulation of pro-inflammatory cytokines is reduced by phosphatidylcholine in intestinal epithelial cells. BMC Gastroenterol 2009, 9:53
Treede I, Braun A, Jeliaskova P, Giese T, Fullekrug J, Griffiths G, Stremmel W, Ehehalt R
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Delayed release phosphatidylcholine in chronic-active ulcerative colitis: a randomized, double-blinded, dose finding study. J Clin Gastroenterol 2010, 44(5):e101-107
Stremmel W, Braun A, Hanemann A, Ehehalt R, Autschbach F, Karner M
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Lipid based therapy for ulcerative colitis modulation of intestinal mucus membrane phospholipids as a tool to influence inflammation. Int J Mol Sci 2010, 11(10):4149-4164
Schneider H, Braun A, Fullekrug J, Stremmel W, Ehehalt R
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Phosphatidylcholine as a constituent in the colonic mucosal barrier-physiological and clinical relevance. Biochim Biophys Acta 2010, 1801(9):983-993
Ehehalt R, Braun A, Karner M, Fullekrug J, Stremmel W
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Reduced hydrophobicity of the colonic mucosal surface in ulcerative colitis as a hint at a physicochemical barrier defect. Int J Colorectal Dis 2011, 26(8):989-998
Braun A, Schonfeld U, Welsch T, Kadmon M, Funke B, Gotthardt D, Zahn A, Autschbach F, Kienle P, Zharnikov M, Grunze M, Stremmel W, Ehehalt R
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Mucosal protection by phosphatidylcholine. Dig Dis. 2012;30 Suppl 3:85-91
Stremmel W, Ehehalt R, Staffer S, Stoffels S, Mohr A, Karner M, Braun A
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The N-terminal region of acyl-CoA synthetase 3 is essential for both the localization on lipid droplets and the function in fatty acid uptake. J Lipid Res. 2012 May;53(5):888-900
Poppelreuther M, Rudolph B, Du C, Großmann R, Becker M, Thiele C, Ehehalt R, Füllekrug J
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Flotillin-2 expression in the human gut: from a cell model to human tissue in health and inflammatory bowel diseases. Int J Med Sci. 2013 Aug 3;10(10):1259-70
Gauss A, Buchholz I, Zahn A, Schmitz G, Stremmel W, Fuellekrug J, Ehehalt R
