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Fachbereich Veterinärmedizin


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    Die Rolle intestinaler microRNAs und ihrer Zielgene in der postnatalen Darmentwicklung von Ferkeln insbesondere während der Absetzphase und nach Pathogen- sowie Probiotika-Pathogen-Exposition (2013)

    Art
    Hochschulschrift
    Autor
    Hoeke, Lena (WE 3)
    Quelle
    Berlin: Mensch und Buch Verlag, 2013 — 119 Seiten
    ISBN: 978-3-86387-415-5
    Verweise
    URL (Volltext): https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/13977
    Kontakt
    Institut für Veterinär-Biochemie

    Oertzenweg 19 b
    14163 Berlin
    +49 30 838 62225
    biochemie@vetmed.fu-berlin.de

    Abstract / Zusammenfassung

    Infektionen von Ferkeln während der Absetzphase können besonders kritisch sein und mit erhöhter Mortalität einhergehen. Der protektive Effekt der Milch fällt weg und die Ferkel werden zusätzlich großen Mengen neuer Nahrungs- und mikrobieller Antigene ausgesetzt. Während dieses Zeitraumes finden essentielle morphologische und funktionelle Veränderungen der Darmmukosa statt, die über eine Regulierung der Genexpression gesteuert werden. MiRNAs werden hierbei als bedeutende Regulatoren der Genexpression auf post-transkriptioneller Ebene angesehen. Ihre Beteiligung bei Zelldifferenzierungsvorgängen, der Organentwicklung und bei Pathogen-Wirt Interaktionen wurde bereits beschrieben. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, eine entwicklungsspezifische Expressionsanalyse von mRNA sowie miRNA durchzuführen, die zum besseren Verständnis der postnatalen Darmentwicklung bei Ferkeln, insbesondere während der Absetzphase beiträgt. Hierzu wurden Darmproben (Ileum und Colon ascendens) an sechs Zeitpunkten (7- 56 d post natum) gewonnen. Die Genexpressionsanalyse der mRNA sowie miRNA erfolgte auf transkriptioneller Ebene mittels Microarrayanalysen, gefolgt von einer integrativen Analyse beider Datensätze. Erstmalig konnte innerhalb dieser Arbeit das miRNA Expressionsmuster im porcinen Ileum und Colon ascendens aufgezeigt werden. MiRNAs, die zum Zeitpunkt des Absetzens differentiell reguliert gewesen waren, zeigten vor allem eine Beteiligung bei Signalkaskaden, die Einfluss bei Wirt- Pathogen-Interaktionen sowie Zellproliferationsvorgängen haben. Des Weiteren wurden erstmalig Regulatoren vorhergesagt, die während der postnatalen Darmentwicklung insbesondere bei der Ausbildung von Entzündungsgeschehen wie beispielsweise chronisch entzündlichen Darmerkrankungen oder Darmkrebs eine entscheidende Rolle spielen könnten. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse könnten Ansatzpunkte zur Behandlung von Erkankungen, die in dieser kritischen Entwicklungsphase des Darmes auftreten, gefunden werden. Schweine, die sich zum Zeitpunkt der Geburt und während der postnatalen Darmentwicklung mit Salmonellen infizieren, bleiben häufig auch in späteren Entwicklungsphasen infiziert. Da sich Schweine in der Regel latent infizieren, stellen sie eine Hauptursache für lebensmittelbedingte Infektionen beim Menschen dar. Bestrebungen, die Infektion bei Schweinen schon zu frühen Entwicklungsphasen zu bekämpfen, sind daher wünschenswert. Aus diesem Grund bestand ein weiteres Ziel der vorliegenden Arbeit, in der Charakterisierung des regulatotorischen Einflusses von miRNAs während einer experimentellen S. Typhimurium Infektion sowie bei gleichzeitiger Applikation des Probiotikums E. faecium während der postnatalen Darmentwicklung. Die Charakterisierung erfolgte zu den Zeitpunkten 3 h-28 d post infectionem (28–56 d p.n.). Erstmalig wurde das miRNA Expressionsprofil im porcinen Ileum und Colon ascendens während einer experimentellen Salmonelleninfektion sowie nach Applikation des Probiotikums E. faecium beschrieben. Hierbei zeigte sich, zum ersten Mal, die darmabschnittsspezifische zeitlich unterschiedliche Beeinflussung von Salmonella-spezifischen Signalkaskaden durch miRNAs. Beide Darmabschnitte wurden aus diesem Grund getrennt voneinander betrachtet. Im Colon ascendens wurden v.a. miRNAs identifiziert, die während einer Salmonelleninfektion differentiell reguliert waren und Einfluss auf die adaptive Immunantwort nahmen. Eine RTqPCR Analyse zeigte eine verstärkte miR-34a Expression nach Salmonella Infektion, das potentielle Zielgen der Selektin-P-Ligand (SELPLG) hingegen eine verminderte Expression. Reporterassaystudien bestätigten diese Interaktion im humanen sowie porcinen Zellmodell und dies stellt damit die erstmalige Beschreibung dieser Interaktion dar. Die integrative Analyse der mRNA und miRNA Expressionsprofile im Ileum ergab vor allem einen regulatorischen Einfluss der miRNAs während der Salmonelleninfektion auf fokale Adhäsionen und Aktin-Zytoskelett-Signalkaskaden. Die miR-29a übernahm dabei eine herausragende regulatorische Funktion, beispielsweise wurde Caveolin 2 (CAV2) von ihr reguliert. Mittels RT-qPCR Studien konnte eine Hochregulierung der miR-29a nach Salmonella Infektion nachgewiesen werden, wohingegen das potentielle Zielgen CAV2 eine verminderte Expression zeigte. Reporterassaystudien sowie RNAi und CAV2 Überexpressionsstudien, bestätigten CAV2 als direktes Zielgen der miR-29a. Dies stellt die erstmalige Charakterisierung dieser Interaktion dar. Ein knock-down von CAV2 resultierte in einer Proliferationshemmung von porcinen sowie humanen intestinalen Zellen. Des Weiteren konnte eine erhöhte Salmonelleninvasion in humane intestinale Zellen durch Regulierung des Aktivierungsstatus der RhoGTPase CDC42 nachgewiesen werden. Eine gleichzeitige Applikation des Probiotikums E. faecium resultierte in keiner veränderten Expression von CAV2 und miR-29a im Ileum. Möglicherweise verhindert die Konkurrenz zwischen E. faecium und Salmonella den physischen Kontakt von Salmonellen mit intestinalen Epithelzellen, einhergehend mit verminderter Expression von fokalen adhäsionsähnlichen Strukturen und damit verringerter bakterieller Aufnahme. Die vorliegende Arbeit ermöglicht die Identifikation neuer Therapiemöglichkeiten bezüglich entzündlicher Vorgänge im Darm während der postnatalen Darmentwicklung, durch beispielsweise die Entwicklung von siRNAs, die spezifische Signalwege unterbrechen. Auch liefert sie durch die Beschreibung, wie miRNAs direkt Einfluss nehmen können auf die Invasion von Salmonellen in intestinale Zellen sowie die Beeinflussung der Wirtsimmunantwort neue Ansatzpunkte bei der Salmonellenbekämpfung.