dc.contributor.author
Wiegand, Stephanie
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:37:55Z
dc.date.available
2017-04-26T13:09:22.608Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5244
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9443
dc.description.abstract
Zinkmangel und Zinkergänzung können eine wichtige Rolle bei der Ätiologie und
Therapie von verschiedenen Magen-Darm-Erkrankungen spielen. Klinische Studien
belegen, dass eine Zink-Supplementierung die Dauer und Intensität von
Durchfallepisoden mindert. α-Hämolysin-(HlyA)-produzierende E. coli können
fokale Läsionen im Kolon-Epithel hervorrufen, durch die Bakterien und Antigene
translozieren, wodurch HlyA als ein Virulenzfaktor für die Pathogenese von
Kolitis entlang des Leaky-Gut-Konzeptes charakterisiert werden kann. Ziel
dieser Studie war, das therapeutische Potenzial von Zink in einer HlyA-
induzierten, gastrointestinalen Erkrankung zu charakterisieren und die
Fähigkeit von Zink aufzuzeigen, intestinale fokale Läsionen in einem
Infektions-Mausmodell und in infizierten Kolon-Zelllinien zu verhindern. Um
die Effekte von Zink als eine Therapieoption in einem Tiermodell mit einer
HlyA-induzierten Darmbarrierestörung zu analysieren, führten wir in vivo
Experimente durch. Keimfreie Mäuse wurden oral mit HlyA-exprimierendem E.
coli-536 oder der α-Hämolysin-defizienten Mutante (HDM) als Kontrollgruppe
kolonisiert und mit einer definiert-normalen oder therapeutisch hoch gewählten
Zink-Diät (ZnCO3 mit 15 bzw. 500 mg/kg Nahrung) versorgt. Die Barriere
Eigenschaften der Mausdärme wurden in Ussing-Kammer-Experimenten untersucht.
Das Auftreten von fokalen Läsionen im Dickdarm wurde durch konfokale Laser-
Scanning-Mikroskopie und die bakterielle Translokation durch Koloniezählung
charakterisiert. Entzündungsparameter wurden klinisch, histologisch und mit
einem Calprotectin-ELISA erfasst. HlyA-inkubierte Kolon-Epithelzellen, die mit
Zink behandelt wurden, konnten hinsichtlich der Barriereintegrität durch den
transepithelialen elektrischen Widerstand (TER) beurteilt werden. Der
intrazelluläre Ca²+-Spiegel [Ca2+]i wurde durch Fura-2 gemessen und im Live
Cell Imaging mittels Fluo-4 visualisiert. Ergebnisse des monokoloniserten
Mausmodells, welches mit HlyA-produzierendem E. coli-536 infiziert war und
eine physiologische Dosierung von Zink erhielt, zeigte eine beeinträchtigte
Barriereintegrität im Vergleich zu der HDM-Kontrollgruppe. Bei HlyA-
produzierenden E. coli-536-kolonisierten Mäusen, die therapeutisch hoch Zink-
supplementiert waren, konnten die Epitheldefekte gemindert werden, was durch
erhöhte TER-Werte und eine reduzierte Permeabilität für Makromoleküle (4 kDa
FITC-Dextran) im Vergleich zu HlyA-infizierten Mäusen mit einer normalen
Zinkverabreichung evident wurde. Verringerte Größe und Anzahl von epithelialen
Läsionsflächen und eine verminderte bakterielle Translokation in Leber und
Milz wurden bei HlyA+-infizierten Hoch-Zink-Mäusen im Vergleich zur Norm-
Zinkgruppe beobachtet. Die Auswertung der Entzündungsindikatoren konnte eine
Tendenz zu einer verminderten Inflammation in der Mukosa der Hoch-Zink-Gruppe
aufzeigen. Darüber hinaus verhinderte die Anwendung von zweiwertigen Kationen
wie Zink oder Barium auf HT-29/B6-Zellmonolayer den TER-Abfall, der bei
HlyA+-E. coli-behandelten Zellen beobachtet wurde. Calciummessungen zeigten
eine Zunahme des [Ca2+]i in HlyA-inkubierten Zellmonolayern, wohingegen mit
Zink behandelte, infizierte Zellen nur einen verminderten Anstieg zeigten.
Ebenfalls konnte die intrazelluläre HlyA-induzierte Ca2+ Erhöhung mit einer
Exfoliation des Epithels assoziiert werden. Die Auswirkungen von E. coli-536
HlyA waren durch eine intestinale Barrierestörung mit epithelialen Läsionen,
Intensivierung der bakteriellen Translokation, Antigenaufnahme (Leaky-Gut-
Konzept) und pathologischer Exfoliation charakterisiert. Eine Zink-
Supplementierung konnte vor HlyA-induzierten Läsionen in vivo und in vitro
schützen, wodurch ein protektives Potential von Zink bei gastrointestinalen
Störungen nachgewiesen wurde. Eine therapeutische Zinkergänzung beim Menschen
mit intestinalen Barrierestörungen scheint demnach geeignet, wodurch eventuell
auch nachfolgende Krankheitsepisoden verhindert werden könnten.
de
dc.description.abstract
Zinc deficiency and zinc supplementation can play an important role in the
etiology and therapy of various gastrointestinal disorders. Clinical studies
showed that zinc supplementation reduces the duration and intensity of
diarrheal episodes. α-haemolysin (HlyA)-producing E. coli can induce focal
leaks in the colonic epithelium through which bacteria and antigens
translocate, whereby HlyA can be characterized as a virulence factor for the
pathogenesis of colitis along the leaky-gut concept. The aim of this study was
to characterize the therapeutic potential of zinc in a HlyA-induced
gastrointestinal disease and to demonstrate the ability of zinc to prevent
intestinal focal leaks in an infection mouse model and in infected colon cell
lines. In order to analyze the effects of zinc as a therapeutic option in a
HlyA-induced intestinal barrier disturbance model, we performed in vivo
experiments. Germ-free mice were colonized orally with HlyA-expressing E.
coli-536 or the α-haemolysin-deficient mutant (HDM) as a control group and
treated with a defined-normal or therapeutically highly selected zinc diet
(ZnCO3 with 15 and 500 mg/kg, respectively). Barrier properties of the
colonized mouse intestines were investigated in Ussing chamber experiments.
The occurrence of focal leaks in the colon was characterized by confocal laser
scanning microscopy and bacterial translocation by colony counting.
Inflammation parameters were recorded clinically, histologically and with a
calprotectin ELISA. HlyA-incubated colonic epithelial cells treated with zinc
could be assessed for barrier integrity by transepithelial electrical
resistance (TER). The intracellular Ca²+ level [Ca2+]i was measured by Fura-2
and visualized using Fluo-4 in Live Cell Imaging. Results of the monocolonized
mouse model infected with HlyA-producing E. coli-536 and a physiological dose
of zinc showed impaired barrier integrity compared to the HDM control group.
In HlyA-producing E. coli 536 colonized mice, which were therapeutically
highly zinc supplemented, the epithelial defects could be alleviated by
increased TER values and reduced permeability to macromolecules (4 kDa FITC-
dextran) compared to HlyA infected mice with a normal zinc administration.
Reduced size and number of epithelial focal leak areas and decreased bacterial
translocation in liver and spleen were observed in HlyA+ infected high-zinc
mice compared to the standard zinc group. The evaluation of the inflammatory
indicators showed a tendency to a reduced inflammation in the mucosa of the
high-zinc group. In addition, the use of divalent cations such as zinc or
barium on HT-29/B6 cell monolayers prevented the TER drop observed in HlyA+-E.
coli-treated cells. Calcium measurements showed an increase in [Ca2+]i in
HlyA-incubated cell monolayers, whereas zinc treated infected cells showed
only a decreased elevation. The intracellular HlyA-induced Ca2+ elevation was
also associated with exfoliation of the epithelium. The effects of E. coli-536
HlyA were characterized by intestinal barrier dysfunction with epithelial
lesions, intensification of bacterial translocation, antigen uptake (leaky gut
concept), and pathological exfoliation. Zinc supplementation was able to
protect against HlyA-induced lesions in vivo and in vitro, demonstrating a
protective potential of zinc in gastrointestinal disorders. Thus, a
therapeutic zinc supplementation in humans with intestinal barrier defects
seems appropriate, which could possibly also prevent subsequent disease
seizures.
en
dc.format.extent
106 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Bakterielle Enterotoxine
dc.subject
Epithelbarriere
dc.subject
Fokale Läsionen
dc.subject
Calcium-Signaling
dc.subject
gnotobiotisches Mausmodell
dc.subject
Prävention Leaky-Gut
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::571 Physiologie und verwandte Themen
dc.title
Die protektive Wirkung von Zink auf Escherichia coli α Hämolysin-induzierte
Darm-Läsionen
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. Roland Bücker
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Rupert Mutzel
dc.date.accepted
2017-04-06
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000104585-0
dc.title.translated
Zinc treatment is efficient against Escheria coli α-haemolysin-induced
intestinal leakage
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000104585
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000021388
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access