CLCA4 ist ein Mitglied der CLCA-Genfamilie, das einer tierartspezifischen Genduplikation unterliegt und vorwiegend im Darmtrakt exprimiert wird. CLCA4 scheint eine bislang unbekannte Rolle bei entzündlichen Darmerkrankungen des Menschen wie UC oder CD und bei kolorektalen Tumoren zu spielen. Diese Erkrankungen zeigen in westlichen Gesellschaften eine steigende Prävalenz und verlaufen häufig tödlich. Die Entwicklung diagnostischer und therapeutischer Ansätze zur Behandlung dieser Krankheiten ist ein zentrales Ziel der Forschung. Die Maus, welche ein wichtiges Modelltier für die Erkrankungen darstellt, hat im Gegensatz zum Menschen zwei funktionelle Clca4 Homologe. Die speziesspezifischen Unterschiede in der Genexpression sowohl im gesunden Darm wie auch im pathologisch veränderten Darm sind noch weitegehend unbekannt.
Ziel dieser Arbeit war die Erstellung eines detaillierten Expressionsprofils der murinen und humanen CLCA4-Homologe im Darmtrakt mittels RT-qPCR und ISH. Dabei wurde zunächst die Expression der murinen Vertreter in verschiedenen Abschnitten des Darms sowie entlang der Zotten-Krypten-Achse unter gesunden Bedingungen untersucht. Zusätzlich wurde eine Expressionsanalyse der beiden murinen Vertreter während der frühen postnatalen Entwicklung durchgeführt. Weiterhin wurde deren Expression im Darm eines DSS-Kolitismodells und AOM/DSS-induzierten Darmtumormodells untersucht. Vergleichend wurde die zelluläre Expression des humanen Homologen in gesunden Darmabschnitten und in CRC untersucht.
Die Expression der murinen Clca4 Vertreter zeigte einige Unterschiede. Während Clca4a in Enterozyten des gesamten Darmtraktes exprimiert war, fand sich Clca4b nur in Enterozyten des Dünndarms. Clca4a wurde ausschließlich in den luminalen Bereichen der Schleimhaut nachgewiesen, wohingegen die Expression von Clca4b tiefer reichte. Die in der Literatur beschriebene Expression von humanem CLCA4 im luminalen Epithel des Dickdarms konnte bestätigt werden. Es fand sich aber keine Expression in Enterozyten des Dünndarms. Die murinen und der humane CLCA4 Vertreter zeigten somit zum Teil ein überlappendes, zum Teil unterschiedliches Expressionsmuster.
Die postnatale Expressionsanalyse zeigte, dass Clca4b vor allem in sich noch entwickelnden Mausdärmen exprimiert war, während Clca4a seine höchsten Expressionswerte erst bei adulten Tieren erreichte.
Im DSS-Kolitismodell zeigte sich eine im Vergleich zu Kontrolltieren erhöhte Expression von Clca4a in distalen, erkrankten Dickdarmabschnitten sowie eine extrem starke de-novo-Expression von Clca4b im gesamten entzündeten Kolon. Beide Homologe wiesen besonders starke Signale in der unmittelbaren Nähe von Ulzerationen. Das unterschiedliche Expressionsmuster im gesunden Mausdarm könnte auf verschiedene Funktionen der beiden murinen Clca4 hindeuten. Das Expressionsprofil insbesondere von Clca4b wäre mit der Rolle eines intestinalen Differenzierungsproteins vereinbar.
Im murinen intestinalen Tumormodell wurden beide murinen Clca4 zwar fast gar nicht in den neoplastisch veränderten Darmzellen nachgewiesen, aber massiv in angrenzenden, nicht tumorösen Enterozyten. Dieses Expressionsprofil zeigte auch das CLCA4 in Proben von humanem CRC. Ein solches Expressionsmuster wäre auch mit einer Funktion als Differenzierungsprotein im Darm vereinbar.
Auch wenn sich einige Aspekte der murinen intestinalen Clca4-Expression in der Expression des humanen CLCA4 widerspiegeln, müssen insbesondere die Unterschiede in den Expressionsmustern bei der Interpretation der Ergebnisse aus der translationalen Forschung berücksichtigt und kritisch hinterfragt werden. Die Entdeckung solcher Unterschiede stellt einen zentralen Aspekt dar, die Übertragbarkeit der Ergebnisse vom Tier auf den Menschen besser einzuschätzen und mögliche Limitationen zu erkennen.
CLCA4 is a member of the CLCA gene family that is subject to species-specific gene duplication and is predominantly expressed in the intestinal tract. CLCA4 appears to play a previously unknown role in human inflammatory bowel diseases such as UC or CD and in colorectal tumours. These diseases show an increasing prevalence in Western societies and are often fatal. The development of diagnostic and therapeutic approaches for the treatment of these diseases is a central goal of research. The mouse, which is an important model animal for the diseases, has two functional Clca4 homologues in contrast to humans. The speciesspecific differences in gene expression in both the healthy intestine and the pathologically altered intestine are still largely unknown.
The aim of this work was to create a detailed expression profile of the murine and human CLCA4 homologues in the intestinal tract using RT-qPCR and ISH. Firstly, the expression of the murine representatives was analysed in different sections of the intestine and along the villus-crypt axis under healthy conditions. In addition, an expression analysis of the two murine representatives was carried out during early postnatal development. Furthermore, their expression was examined in the intestine of a DSS colitis model and AOM/DSS-induced intestinal tumour model. In comparison, the cellular expression of the human homologue was examined in healthy intestinal sections and in CRC.
The expression of the murine Clca4 members showed some differences. While Clca4a was expressed in enterocytes of the entire intestinal tract, Clca4b was only found in enterocytes of the small intestine. Clca4a was detected exclusively in the luminal parts of the mucosa, whereas the expression of Clca4b extended deeper. The expression of human CLCA4 in the luminal epithelium of the large intestine described in the literature was confirmed. However, no expression was found in enterocytes of the small intestine. The murine and human CLCA4 representatives thus showed partly overlapping and partly different expression patterns.
Postnatal expression analysis showed that Clca4b was mainly expressed in developing mouse intestines, whereas Clca4a reached its highest expression levels in adult animals.
The DSS colitis model showed an increased expression of Clca4a in distal, diseased colon sections compared to control animals and an extremely strong de novo expression of Clca4b in the entire inflamed colon. Both homologues showed particularly strong signals in the direct neighbourhood of ulcerations. The different expression pattern in the healthy mouse colon could indicate a different function of the two murine Clca4. The expression profile of Clca4b in particular is consistent with the role of an intestinal differentiation protein.
In the murine intestinal tumour model, both murine Clca4s were almost not detected in the neoplastic intestinal cells, but were massively expressed in adjacent, non-tumorous enterocytes. This expression profile was also shown by CLCA4 in samples of human CRC. Such an expression pattern would be compatible with a function as a differentiation protein in the intestine.
Even if some aspects of murine intestinal Clca4 expression are mirrored in the expression of human CLCA4, the differences in the expression patterns in particular must be taken into account and critically questioned when interpreting the results from translational research. The discovery of such differences is a key aspect in better assessing the transferability of results from animals to humans and recognising possible limitations.
