Autor:innen:
C. Steindl (Regensburg, DE)
L. Wächter (Regensburg, DE)
J. Middendorf (Regensburg, DE)
A. Scholtis (Regensburg, DE)
N. Fischer (Regensburg, DE)
P. Neubert (Regensburg, DE)
H. Gschwendtner (Regensburg, DE)
K. Pollinger (Regensburg, DE)
E. Aschenbrenner (Regensburg, DE)
C. Kunst (Regensburg, DE)
K. Gülow (Regensburg, DE)
M. Müller-Schilling (Regensburg, DE)
Einleitung
Die spontan bakterielle Peritonitis (SBP) ist eine schwere Komplikation der Leberzirrhose, die durch bakterielle Translokation verursacht wird. Diese Translokation wird in Patienten mit Leberzirrhose durch eine bakterielle Dysbiose, eine Reduktion der Mukusschicht, sowie eine geschwächte epitheliale Darmbarriere begünstigt. In Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass das tight junction Protein Occludin bei Kontakt mit E. coli proteasomal abgebaut und E-Cadherin, ein Stabilisator der Zell-Zell-Kontakte, durch eine neue bakterielle Protease-Aktivität gespalten wird. Um die Pathomechanismen der SBP und die Rolle der p53 Familie in der Darmbakterien-Epithelzell-Interaktion auf molekularer Ebene zu analysieren, haben wir an zwei klinisch relevanten in vitro Modellen und in Patientenbiopsaten die p53 und p73 Regulation, sowie die Induktion von Zelltod untersucht.
Methoden
Zwei intestinale in vitro Modelle mit den epithelialen Zelllinien HCT-116 und Caco-2 wurden etabliert. Um Bakterien/Zell-Interaktionen zu untersuchen, wurden die Epithelzellen mit verschiedenen Konzentrationen von E. coli, K. pneumoniae, C. freundii, E. faecium und L. monozytogenes für bis zu 4 Stunden koinkubiert. Die Regulation von p53, p73, sowie die Phosphorylierung von MDM-2 wurde mittels Western Blot analysiert. Zusätzlich wurde bakteriell induzierter Zelltod mittels FACS-Analysen und Elektronenmikroskopie untersucht. Unsere Ergebnisse haben wir in Kolonbiopsaten von Patienten mit Leberzirrhose verifiziert.
Ergebnisse
Koinkubation der Darmzelllinien Caco-2 und HCT116 mit verschieden Bakterienstämmen löst eine zelluläre Stressantwort aus, die zu einem Anstieg der Expression von p53 und p73 führt. Die Induktion beider Proteine bildet eine erste Abwehrlinie, die ein Durchdringen der epithelialen Barriere verhindern soll. Liegt eine anhaltende Interaktion von Bakterien und Epithelzellen vor, leitet dies im Verlauf eine Gegenregulation mit einer Depletion von p53 und p73 ein. Diese Depletion konnte in Biopsien von Patienten mit Leberzirrhose nachgewiesen werden und findet auf posttranslationaler Ebene durch MDM-2 vermittelte proteasomale Degradation statt. Interessanterweise gibt es auch einen Zusammenhang zwischen der p53 Expression und der Sensitivität gegenüber bakteriell induziertem Zelltod, den wir als Paraptose charakterisiert haben.
Schlussfolgerung
Interaktion von Bakterien mit Darmepithelzellen führt zu einer Überexpression von p53 und p73, die eine erste Verteidigungslinie gegen Bakterien darstellt. Kommt es zum anhaltenden Kontakt von Bakterien und Darmzellen bei reduzierter Mukusschicht, wie bei einer fortgeschrittenen Leberzirrhose, führt dies zum gesteigerten proteasomalen Abbau von p53 und p73 und einer Schwächung dieser zellulären Abwehr, sodass die Bakterien die epitheliale Barriere durchdringen können. Wir beschreiben eine neue Rolle der p53 Familie in der Pathogenese der SBP, die die Grundlage einer zukünftigen therapeutischen Intervention darstellen kann.