Universität zu Köln

Schumacher, Paula Pia Rosa (2025). Charakterisierung der Rolle der NADPH-Oxidase Duox2 bei der Darm-Homöostase und der Immunabwehr von intestinalen Pathogenen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Duox2 ist eine von insgesamt sieben humanen und sechs murinen Isoformen der Noxe, deren Funktion darin besteht Sauerstoff (O2) zu Reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species; ROS) zu katalysieren. Das Endprodukt von Duox2, Wasserstoffperoxid (H2O2), kann einerseits oxidativen Schaden verursachen und andererseits als Signalmolekül fungieren. Im Darm wird eine Über- oder Unterexpression von Duox2 mit entzündlichen Darmerkrankungen assoziiert. Welche genau Rolle Duox2 in der Darm-Homöostase und der Immunantwort gegen intestinale Pathogene hat, ist noch nicht bekannt. Um dieser Frage nachzugehen, wurde in dieser Arbeit anhand von Mäusen mit einer spezifischen Defizienz für Duox2 in intestinalen Epithelzellen (Duox2IEC-KO) die Darm- Homöostase sowie die Immunantwort gegen eine bakterielle Darminfektion mit C. rodentium untersucht. Die durch den Intestinalen-Epithelzell-spezifischen-Knockout (IEC-KO) entstandene Duox2- Defizienz wurde dabei nicht durch die Hochregulierung anderer Nox-Isoformen kompensiert. Es ergaben sich keine strukturellen Veränderungen der einzelnen Darmabschnitte in Länge, Gewicht oder Beschaffenheit der Mucosa. Einzig der Darminhalt des Cecums der Duox2IECKO- Mäuse war schwerer als der der WT-Mäuse. Bei der Untersuchung der Auswirkung der Duox2-Defizienz auf ausgewählte Entzündungsparameter zeigte sich, dass das Gewicht der mLN in den Duox2IEC-KO-Mäuse geringer war als in den WT-Mäusen. Auch die Expressionen des antimikrobiellen Peptids Reg3γ und des mit chronischen Entzündungen assoziierten iNos wiesen eine verminderte Expression im Ileum bzw. im Ileum und Colon auf. Bei der Untersuchung des Mucus zeigte sich ein verringerter Anteil der Becherzellen an der Gesamtzellzahl im Colon der Duox2IEC-KO-Mäuse. Zusammen mit der niedrigeren Expression von CLCA1 in allen drei Darmabschnitten der Duox2IEC-KO-Mäuse, welches an der Schichtung des Mucus mitwirkt, wiesen diese Ergebnisse auf eine veränderte mucosale Struktur in dem Duox2-defizienten Gewebe hin. Von den Mikrobiota, als im Mucus lebenden Organismen, wiesen die γProteobakterien ein vermehrtes Vorliegen im Cecum und Colon der Duox2IEC-KOMäuse auf. Nach Infektion der Duox2IEC-KO-Mäuse mit C. rodentium ließ sich kein Unterschied bezüglich der Schwere der Infektion feststellen. Darüber hinaus waren die ohne Infektion festgestellten Unterschiede in der Expression von Reg3γ und iNos nach Infektion mit C. rodentium nicht mehr vorhanden. Auch CLCA1 als Marker für eine mucosale Strukturveränderung wies nach Infektion nicht länger eine niedrigere Expression in den Darmabschnitten der Duox2IEC-KO10 Mäuse auf. Die bei nicht infizierten Duox2IEC-KO-Mäusen festgestellten Veränderungen führten also nicht zu einer veränderten antibakteriellen Immunantwort. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass eine Defizienz von Duox2 im intestinalen Gewebe sich auf mucosale Einflussfaktoren wie CLCA1 und die Becherzellzahl, auf mit Entzündungen im Zusammenhang stehende Einflussfaktoren wie iNos und Reg3γ sowie auf die Mikrobiota im Darm auswirkt. Auf den Verlauf der Infektion mit C. rodentium hatte die Duox2-Defizienz hingegen keine Auswirkung. Die genaue Rolle von Duox2 innerhalb dieser komplexen Vorgänge und die funktionellen Auswirkungen der Veränderungen müssen weiter untersucht werden.