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Protektiver Effekt von 6-Shogaol, Ellagsäure und Myrrhe auf die intestinale epitheliale Barriere

Protective effect of 6-shogaol, ellagic acid and myrrh on intestinal epithelial barrier

  • Viele bioaktive Pflanzeninhaltsstoffe bzw. Pflanzenmetabolite besitzen antiinflammatorische Eigenschaften. Diese versprechen ein hohes Potential für den Einsatz in der Phytotherapie bzw. Prävention von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED). Eine intestinale Barrieredysfunktion ist ein typisches Charakteristikum von CED Patienten, die dadurch an akuter Diarrhoe leiden. In dieser Arbeit werden die Pflanzenkomponenten 6-Shogaol, Ellagsäure und Myrrhe an den intestinalen Kolonepithelzellmodellen HT-29/B6 und Caco-2 auf ihr Potential hin, die intestinale Barriere zu stärken bzw. eine Barrieredysfunktion zu verhindern, untersucht. Hauptschwerpunkt der Analysen ist die parazelluläre Barrierefunktion und die Regulation der dafür entscheidenden Proteinfamilie der Tight Junctions (TJs), der Claudine. Die Barrierefunktion wird durch Messung des transepithelialen Widerstands (TER) und der Fluxmessung in der Ussing-Kammer bestimmt. Dazu werden die HT-29/B6- und Caco-2-Monolayer mit den Pflanzenkomponenten (6-Shogaol, Ellagsäure,Viele bioaktive Pflanzeninhaltsstoffe bzw. Pflanzenmetabolite besitzen antiinflammatorische Eigenschaften. Diese versprechen ein hohes Potential für den Einsatz in der Phytotherapie bzw. Prävention von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED). Eine intestinale Barrieredysfunktion ist ein typisches Charakteristikum von CED Patienten, die dadurch an akuter Diarrhoe leiden. In dieser Arbeit werden die Pflanzenkomponenten 6-Shogaol, Ellagsäure und Myrrhe an den intestinalen Kolonepithelzellmodellen HT-29/B6 und Caco-2 auf ihr Potential hin, die intestinale Barriere zu stärken bzw. eine Barrieredysfunktion zu verhindern, untersucht. Hauptschwerpunkt der Analysen ist die parazelluläre Barrierefunktion und die Regulation der dafür entscheidenden Proteinfamilie der Tight Junctions (TJs), der Claudine. Die Barrierefunktion wird durch Messung des transepithelialen Widerstands (TER) und der Fluxmessung in der Ussing-Kammer bestimmt. Dazu werden die HT-29/B6- und Caco-2-Monolayer mit den Pflanzenkomponenten (6-Shogaol, Ellagsäure, Myrrhe), dem proinflammatorischen Zytokin TNF-α oder der Kombination von beiden Subsztanzen für 24 oder 48 h behandelt. Außerdem wurden zur weiteren Charakterisierung die Expression sowie die Lokalisation der für die parazelluläre Barriere relevanten Claudine, die TJ-Ultrastruktur und verschiedene Signalwege analysiert. In Caco-2-Monolayern führten Ellagsäure und Myrrhe, nicht aber 6-Shogaol, allein zu einem TER-Anstieg bedingt durch eine verringerte Permeabilität für Natriumionen. Myrrhe verminderte die Expression des Kationenkanal-bildenden TJ-Proteins Claudin-2 über die Inhibierung des PI3K/Akt-Signalweges, während Ellagsäure die Expression der TJ-Proteine Claudin-4 und -7 reduzierte. Alle Pflanzenkomponenten schützten in den Caco-2-Zellen vor einer TNF-α-induzierten Barrieredysfunktion. An den HT-29/B6-Monolayern änderte keine der Pflanzenkomponenten allein die Barrierefunktion. Die HT-29/B6-Zellen reagierten auf TNF-α mit einer deutlichen Verminderung des TER und einer erhöhten Fluoreszein-Permeabilität. Die TER-Abnahme war durch eine PI3K/Akt-vermittelte gesteigerte Claudin-2-Expression sowie eine NFκB-vermittelte Umverteilung des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-1 gekennzeichnet. 6-Shogaol konnte den TER-Abfall partiell hemmen sowie die PI3K/Akt-induzierte Claudin-2-Expression und die NFκB-bedingte Claudin-1-Umverteilung verhindern. Ebenso inhibierte Myrrhe, nicht aber Ellagsäure, den TNF-α-induzierten TER-Abfall. Dabei konnte Myrrhe zwar den Claudin-2-Expressionsanstieg und die Claudin-1-Umverteilung unterbinden, jedoch weder die NFκB- noch die PI3K/Akt-Aktivierung hemmen. Diese Arbeit zeigt, dass auch STAT6 an dem Claudin-2-Expressionsanstieg durch TNF-α in HT-29/B6-Zellen beteiligt ist. So wurde durch Myrrhe die TNF-α-induzierte Phosphorylierung von STAT6 und die erhöhte Claudin-2-Expression inhibiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Pflanzenkomponenten 6-Shogaol, Ellagsäure und Myrrhe mit unterschiedlichen Mechanismen stärkend auf die Barriere einwirken. Zur Behandlung von intestinalen Erkrankungen mit Barrieredysfunktion könnten daher Kombinationspräparate aus verschiedenen Pflanzen effektiver sein als Monopräparate.show moreshow less
  • Many bioactive phytonutrients or plant metabolites have anti-inflammatory properties promising a high potential as therapeutic application or preventive medicine in inflammatory bowel disease (IBD). An intestinal barrier dysfunction along with diarrhea is a typical characteristic of IBD patients. In this work the plant components 6-shogaol, ellagic acid and myrrh were examined for their potential to strengthen the intestinal barrier or to prevent a barrier dysfunction in two intestinal colonic epithelial cell models: HT-29/B6 and Caco-2. Focusing on paracellular barrier function the protein family of tight junctions (TJs), especially the claudins and their regulation, was studied. The barrier integrity was evaluated measuring transepithelial resistance (TER) and tracer fluxes in the Ussing chamber. Prior to analyses, HT-29/B6 and Caco-2 monolayers were incubated with plant components (6-shogaol, ellagic acid, myrrh) unchallenged or challenged with the pro-inflammatory cytokine TNF-α for 24 or 48 hours. In addition, the expression andMany bioactive phytonutrients or plant metabolites have anti-inflammatory properties promising a high potential as therapeutic application or preventive medicine in inflammatory bowel disease (IBD). An intestinal barrier dysfunction along with diarrhea is a typical characteristic of IBD patients. In this work the plant components 6-shogaol, ellagic acid and myrrh were examined for their potential to strengthen the intestinal barrier or to prevent a barrier dysfunction in two intestinal colonic epithelial cell models: HT-29/B6 and Caco-2. Focusing on paracellular barrier function the protein family of tight junctions (TJs), especially the claudins and their regulation, was studied. The barrier integrity was evaluated measuring transepithelial resistance (TER) and tracer fluxes in the Ussing chamber. Prior to analyses, HT-29/B6 and Caco-2 monolayers were incubated with plant components (6-shogaol, ellagic acid, myrrh) unchallenged or challenged with the pro-inflammatory cytokine TNF-α for 24 or 48 hours. In addition, the expression and localization of the paracellular barrier-relevant claudins, the TJ-ultrastructure and various signaling pathways were analyzed, in order to elucidate underlying mechanisms. In Caco-2 monolayers ellagic acid and myrrh, but not 6-shogaol, increased TER and reduced permeability for sodium ions. The effect of myrrh was accompanied by a reduced expression of the channel forming TJ protein claudin-2 due to the inhibition of the PI3K/Akt signaling pathway, while ellagic acid decreased the expression of claudin-4 and -7 without affecting any of the analyzed signaling pathways. All employed plant components prevented TNF-α-induced barrier dysfunction in Caco-2 cells. In HT-29/B6 monolayers, none of the plant components changed the basal barrier function. Monolayers challenged by TNF-α showed increased fluorescein permeability and reduction in TER accompanied by a PI3K/Akt-mediated increase in claudin-2 expression and a NFκB-mediated redistribution of sealing TJ protein claudin-1 off the TJ. 6-shogaol could partially inhibit the TNF-α-induced TER decrease by inhibiting the PI3K/Akt-mediated claudin-2 expression and the NFκB-mediated claudin-1 redistribution. Likewise, myrrh, but not ellagic acid, prevented the decrease in TER, increase in claudin-2 expression, and claudin-1 redistribution without affecting the signaling pathways NFκB and PI3K/Akt. Instead, the STAT6 pathway was additionally involved in TNF-α-mediated regulation of claudin-2 expression. Thus, myrrh prevented the TNF-α-induced STAT6 phosphorylation as well as the increase in claudin-2 expression. This work demonstrates that the three plant components strengthen the intestinal barrier in different ways. For the treatment of intestinal diseases with barrier dysfunctions, combination preparations of different plant compounds could be more effective than mono preparations.show moreshow less

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Metadaten
Author:Julia Lüttig
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-102571
Advisor:Gerhard Paul Püschel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of first Publication:2017/02/03
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2016/12/16
Release Date:2017/02/03
Tag:6-Shogaol; Barriere; Darmerkrankung; Ellagsäure; Myrrhe; Tight Junction
6-shogaol; barrier; ellagic acid; intesinal disease; myrrh; tight junction
Pagenumber:IX, 108
RVK - Regensburg Classification:WX 1601
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Ernährungswissenschaft
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
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