The role of keratin intermediate filaments in the colon epithelial cells

Keratins (K) are cytoskeletal proteins mainly expressed in the epithelium and constitute the largest subgroup of intermediate filaments (IFs). Simple epithelial keratins (SEKs) K7-K8 and K18-K20 are the major IF elements in the colon. SEK mutations are known to cause around 30 human diseases, mainly affecting liver and skin. However, so far no strong associations between K8 mutations and the development of human colitis have been found. The keratin contribution to colonic health comes from the K8 knock-out (K8-/-) mouse model, which develops an early chronic inflammation and hyperproliferation in the colon. The aim of this thesis was to investigate how keratins contribute to intestinal health and disease mainly by the experimental analysis using the K8-/- mouse colon and cell culture models. The work described here is divided into three studies. The first study revealed involvement of keratins in Notch1 signaling, which is the master regulator of cell fate in the colon. Immunoprecipitation and immunostaining, both in vitro and in vivo showed that K8 binds and co-localizes with Notch1. Interestingly, overexpression of keratins enhanced Notch1 levels and stabilized Notch intracellular domain (NICD), leading to higher activity of Notch signaling. The dramatic decrease in Notch activity in the K8-/- colon resulted in a differentiation shift towards goblet and enteroendocrine cells. The second study focused on the involvement of keratins in colitis-associated cancer (CAC). Although, the K8-/- inflamed colon did not develop colorectal cancer (CRC) spontaneously, it was dramatically more susceptible to induced CRC in two CRC models: azoxymethane (AOM) and multiple intestinal neoplasia (ApcMin/+). To understand how the loss of K8 contributes to CAC, the epithelial inflammasome signaling pathway was analyzed. The released component of active inflammasome, cleaved caspase-1 and its downstream protein, interleukin (IL)-18, were significantly increased in K8-/- and K8-/-ApcMin/+ colons. The inflammasome pathway has recently been suggested to control the levels of IL-22 binding protein (IL-22BP), which is a negative regulator of IL-22 activity. Interestingly, the activated inflammasome correlated with an upregulation of IL-22 and a complete loss of IL-22BP in the K8-null colons. The activation of IL-22 was confirmed by increased levels of downstream signaling, which is phosphorylated signal transducer and activator of transcription 3 (P-STAT3), a transcription factor promoting proliferation and tissue regeneration in the colon. The objective of the third study, was to examine the role of keratins in colon energy metabolism. A proteomic analysis identified mitochondrial 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase 2 (HMGCS2) as the major ownregulated protein in the K8-/- colonocytes. HMGCS2 is the rate-limiting enzyme in ketogenesis, where energy from bacterially produced short chain fatty acids (SCFAs), mainly butyrate, is converted into ketone bodies in colonic epithelium. Lower levels and activity of HMGCS2 in the K8-/- colon resulted in a blunted ketogenesis. The studies upstream from HMGCS2, identified decreased levels of the SCFA-transporter monocarboxylate transporter 1 (MCT1), which led to increased SCFA content in the stool suggesting impaired butyrate transport through the colonic epithelium. Taken together, the results of the herein thesis indicate that keratins are essential regulators of colon homeostasis, in particular epithelial differentiation, tumorigenesis and energy metabolism.

Étude génétique et fonctionnelle de variantes de la région chromosomique 3p21 associée aux maladies inflammatoires de l'intestin

Des études de liaison et d’association génétiques ont permis d’identifier certains des facteurs de risque génétiques aux maladies inflammatoires de l’intestin (MII) dans la région chromosomique 3p21. Dans cette région, le polymorphisme nucléotidique simple (SNP) codant non-synonyme du gène MST1, rs3197999, encodant pour la mutation R689C, a été associé et répliqué à la fois à la colite ulcéreuse (CU) et à la maladie de Crohn (MC). Un autre SNP, corrélé à des SNP codants non-synonymes du gène MST1R, a également été associé à la MC. Afin de déterminer si d’autres variantes des gènes MST1 et MST1R sont associés à la CU, nous avons testé pour association des SNP de ces gènes. Seul un proxy de R689C a montré un signal d’association significatif aux MII, ce qui suggère que R689C est la variante causale aux MII dans le gène MST1. En cherchant à déterminer si la région 3p21 contenait plusieurs signaux d’association mutuellement indépendants, trois SNP ont été identifiés comme possible facteurs de risque indépendants, et ont été génotypés dans des cas de CU et de MC et des témoins, puis nos résultats d’association ont été combinés à ceux provenant de trois autres cohortes indépendantes. Les trois SNP, R689C (MST1), rs6802890 et rs7629936 (CDHR4), sont associés aux MII, mais une étude d’association conditionnelle suggère qu’il existe en fait deux signaux d’association mutuellement indépendants dans la région 3p21. Le signal principal provient de R689C, une mutation de la protéine MSP. Cette protéine a un rôle dans l’inflammation chez les macrophages murins, et la migration, la cicatrisation et la survie chez les cellules épithéliales. Dans cette étude, le rôle de la MSP a été investigué dans des modèles de macrophages humains et de cellules épithéliales de côlon, et seule la phosphorylation d’AKT, un acteur dans la voie de signalisation de la survie cellulaire, a été modulée par la MSP dans nos modèles. Ce projet a donc permis d’apporter des connaissances sur les facteurs de risques génétiques aux MII dans la région 3p21, en identifiant 2 signaux d’association indépendants, et en nous informant sur le rôle de MST1, duquel provient le signal d’association principal, chez les cellules humaines.

MAST3 : facteur de risque génétique aux maladies inflammatoires de l’intestin et modulateur d’inflammation

La maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU) sont des maladies inflammatoires chroniques du tube digestif qu’on regroupe sous le terme maladies inflammatoires de l’intestin (MII). Les mécanismes moléculaires menant au développement des MII ne sont pas entièrement connus, mais des études génétiques et fonctionnelles ont permis de mettre en évidence des interactions entre des prédispositions génétiques et des facteurs environnementaux - notamment la flore intestinale – qui contribuent au développement d’une dérégulation de la réponse immunitaire menant à l’inflammation de la muqueuse intestinale. Des études d’association pangénomiques et ciblées ont permis d’identifier plusieurs gènes de susceptibilité aux MII mais les estimations de la contribution de ces gènes à l’héritabilité suggèrent que plusieurs gènes restent à découvrir. Certains d’entre eux peuvent se trouver dans les régions identifiées par des études de liaison génétique. L’objectif de mon projet de doctorat était d’identifier un ou des facteurs de risque génétique dans la région chromosomale 19p (identifiée comme région de liaison IBD6) et de le/les caractériser au niveau fonctionnel. Nous avons d’abord entrepris une cartographie d’association de la région 19p. À la suite du génotypage successif de deux cohortes indépendantes, nous avons identifié un SNP intronique et quatre SNP codants dont un non-synonyme, rs8108738, tous localisés dans le gène microtubule associated serine threonine kinase gene-3 (MAST3) et associés aux MII. Peu d’information fonctionnelle sur MAST3 était disponible. Par contre MAST2, une protéine encodée par un gène de la même famille, régule l’activité du facteur de transcription inflammatoire NF-kappaB. Nous avons confirmé l’implication de MAST3 dans l’activité de NF-kappaB via un knockdown de MAST3 et des essais gène-rapporteur. Pour poursuivre la caractérisation fonctionnelle de MAST3, nous avons choisi une approche non ciblée pour étudier les effets de la variation des niveaux d’expression de MAST3 sur la cellule. C’est-à-dire que nous avons créé un 1er modèle cellulaire de surexpression du gène MAST3 dans les cellules HEK293 et analysé l’expression pangénomique endogène. La validation de l’expression génique dans un 2e modèle cellulaire de knockdown et de type cellulaire différent (THP1), nous a permis d’identifier et de contrer les effets non-spécifiques dus aux niveaux non-physiologiques. Notre étude d’expression a mené à l’identification d’un groupe de gènes dont l’expression est régulée par MAST3. Ces gènes sont majoritairement impliqués dans des fonctions immunitaires (cytokines pro-inflammatoires, régulateurs de NF-kappaB, migration cellulaire, etc.) et une forte proportion est régulée par NF-kappaB. Nous avons évalué l’importance du groupe de gènes régulés par MAST3 dans la présentation clinique des MII à travers des études d’expression dans des biopsies intestinales de patients atteints de CU. Nous avons constaté que l’expression de ces gènes est significativement supérieure dans les régions enflammées par rapport aux régions saines de la muqueuse intestinale des patients atteints de CU. Globalement, les résultats de nos études suggèrent que le facteur de risque aux MII MAST3 agit via la voie du facteur de transcription NF-kappaB pour influencer l’expression d’un groupe de gènes impliqués dans l’inflammation intestinale typique des MII. Chaque étude génétique sur les MII a le potentiel d’orienter les recherches fonctionnelles vers de nouvelles voies biologiques causales. Le dévoilement des mécanismes moléculaires sous-jacents à ces voies permet d’augmenter les connaissances sur le développement de ces maladies vers une compréhension plus complète de la pathogenèse qui permettra d’optimiser le diagnostic et le traitement de ces maladies.

Le locus 1q32 : susceptibilité aux maladies inflammatoires de l’intestin et rôles biologiques de C1orf106 et KIF21B

La maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU) sont des maladies inflammatoires de l’intestin (MII) caractérisées par une inflammation chronique du tube digestif. Ces maladies à traits complexes sont le résultat d’un dérèglement du système immunitaire. Les études d’association pangénomique ont identifié au total 99 loci de susceptibilité aux MII. La région 1q32 du chromosome 1 a été identifiée comme locus de susceptibilité à la MC, la CU et la sclérose en plaque. La région autour du marqueur génétique (rs11584383) contient quatre gènes : Chromosome 1 open reading frame 106 (C1orf106), Kinesin family member 21B (KIF21B), Calcium channel, voltage-dependant, L type, alpha 1S subunit (CACNA1S) et Chromosome 1 open reading frame 81 (C1orf81). L’objectif de l’étude est de mettre ces quatres gènes dans un contexte biologique et de déterminer leur rôle potentiel dans les MII. Par réaction de polymérisation en chaîne quantitatif (qPCR), nous avons déterminé le profil d’expression de ces gènes dans des tissus murins et des lignées cellulaires humaines. KIF21B et C1orf106 sont exprimés dans les tissus gastrointestinal et immunitaire. Par la suite, nous avons testé l’implication de KIF21B et C1orf106 dans les voies biologiques connues pour leur rôle dans les MII comme l’activité NF-kB et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Nos résultats montrent que la surexpression de KIF21B dans les cellules HEK293T diminue l’activité de NF-kB et la surexpression de C1orf106 augmente le stress du RE et l’activité de la voie Wnt. Globalement, ces résultats suggèrent que KIF21B et C1orf106, dans la région 1q32, sont des gènes candidats prometteurs puisqu’ils interviennent dans des voies biologiques connues des maladies inflammatoire de l’intestin.

Influence du microbiote intestinal sur le métabolisme et la virulence des Escherichia coli entérohémorragiques

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) représentent un problème majeur de santé publique dans les pays développés. Les EHEC sont régulièrement responsables de toxi-infections alimentaires graves chez l’humain et causent des colites hémorragiques et le symptôme hémolytique et urémique, mortel chez les enfants en bas âge. Les EHEC les plus virulents appartiennent au sérotype O157:H7 et le bovin constitue leur réservoir naturel. À ce jour il n’existe aucun traitement pour éviter l’apparition des symptômes liés à une infection à EHEC. Par conséquent, il est important d’augmenter nos connaissances sur les mécanismes employés par le pathogène pour réguler sa virulence et coloniser efficacement la niche intestinale. Dans un premier temps, l’adaptation de la souche EHEC O157:H7 EDL933 à l’activité métabolique du microbiote intestinal a été étudiée au niveau transcriptionnel. Pour se faire, EDL933 a été cultivée dans les contenus caecaux de rats axéniques (milieu GFC) et dans ceux provenant de rats colonisés par le microbiote intestinal humain (milieu HMC). Le HMC est un milieu cécal conditionné in vivo par le microbiote. Dans le HMC par rapport au GFC, EDL933 change drastiquement de profile métabolique en réponse à l’activité du microbiote et cela se traduit par une diminution de l’expression des voies de la glycolyse et une activation des voies de l’anaplérose (voies métaboliques dont le rôle est d’approvisionner le cycle TCA en intermédiaires métaboliques). Ces résultats, couplés avec une analyse métabolomique ciblée sur plusieurs composés, ont révélé la carence en nutriments rencontrée par le pathogène dans le HMC et les stratégies métaboliques utilisées pour s’adapter au microbiote intestinal. De plus, l’expression des gènes de virulence incluant les gènes du locus d’effacement des entérocytes (LEE) codant pour le système de sécrétion de type III sont réprimés dans le HMC par rapport au GFC indiquant la capacité du microbiote intestinal à réprimer la virulence des EHEC. L’influence de plusieurs composés intestinaux présents dans les contenus caecaux de rats sur l’expression des gènes de virulence d’EDL933 a ensuite été étudiée. Ces résultats ont démontré que deux composés, l’acide N-acétylneuraminique (Neu5Ac) et le N-acétylglucosamine (GlcNAc) répriment l’expression des gènes du LEE. La répression induite par ces composés s’effectue via NagC, le senseur du GlcNAc-6-P intracellulaire et le régulateur du catabolisme du GlcNAc et du galactose chez E. coli. NagC est un régulateur transcriptionnel inactivé en présence de GlcNAc-6-P qui dérive du catabolisme du Neu5Ac et du transport GlcNAc. Ce travail nous a permis d’identifier NagC comme un activateur des gènes du LEE et de mettre à jour un nouveau mécanisme qui permet la synchronisation de la virulence avec le métabolisme chez les EHEC O157:H7. La concentration du Neu5Ac et du GlcNAc est augmentée in vivo chez le rat par le symbiote humain Bacteroides thetaiotaomicron, indiquant la capacité de certaines espèces du microbiote intestinal à relâcher les composés répresseurs de la virulence des pathogènes. Ce travail a permis l’identification des adaptations métaboliques des EHEC O157:H7 en réponse au microbiote intestinal ainsi que la découverte d’un nouveau mécanisme de régulation de la virulence en réponse au métabolisme. Ces données peuvent contribuer à l’élaboration de nouvelles approches visant à limiter les infections à EHEC.

Eficacia del factor estimulante de colonias de granulocitos en el manejo de la enterocolitis neutropénica en pediatría

Antecedentes: La enterocolitis neutropénica es una complicación que se presenta en niños tratados con quimioterapia. Se ha propuesto dentro del manejo el uso del factor estimulante de colonias de granulocitos. Sin embargo, no se ha realizado una revisión sistemática para evaluar su eficacia. Objetivo: Determinar la eficacia del uso del factor estimulante de colonias de granulocitos en el manejo de la enterocolitis neutropénica. Metodología: Se realizó una revisión sistemática de la literatura con búsqueda de ensayos clínicos a través de las bases de datos Pubmed, Cochrane, Embase, Ovid y Bireme. Como límites se tuvieron los idiomas ingles y español y la publicación entre los años 1996 y 2012. Se planteó la realización del análisis de calidad empleando la valoración del riesgo de sesgo propuesta por la Colaboración Cochrane. Se planteó la realización de un meta- análisis de la literatura. Resultados: No se encontraron estudios que exploraran el uso del factor estimulante de colonias en niños y adolescentes con enterocolitis neutropénica. Conclusión: No es posible emitir un juicio de valor positivo o negativo sobre la eficacia del factor en el manejo de la enterocolitis neutropénica en niños o adolescentes. No existe evidencia que evalúe el uso del factor estimulante de colonias en el paciente pediátrico con enterocolitis neutropénica.

Caracterización de los eventos de neutropenia febril en niños con cáncer

Introducción: La neutropenia febril es una condición frecuente en los pacien¬tes pediátricos con cáncer y una de las mayores causas de morbimortalidad. Es necesario conocer la frecuencia su comportamiento. Objetivo: Caracterizar los eventos de neutropenia febril en niños con cáncer en la clínica Infantil Colsubsidio, Bogotá desde Enero de 2014 hasta Diciembre de 2014. Materiales y Métodos: Estudio transversal en niños de 1 mes a 18 años con cáncer y neutropenia febril atendidos de Enero 2014 a Diciembre 2014. Resultados: Se presentaron 74 eventos de un total de 41 pacientes con un máximo de 3 eventos por paciente, 20 mujeres y 21 hombres con una edad promedio de 8 años. 61% de los pacientes tenían diagnostico de Leucemia Linfoide Aguda .Se clasificaron como Fiebre sin causa clara con 43 eventos (58.11%), colitis neutropenica con 10 eventos (13.51%) y neumonía que registro 7 eventos (9%). El 70% de los pacientes presentaron al ingreso menos de 100 neutrofilos y una PCR con un promedio de 97.4. En un 6,76% de los pacientes se diagnostico bacteriemia. Los Hemocultivos fueron positivos en 5 pacientes (7 %), siendo el S epidermidis y el S mitis los gérmenes más frecuentes La mortalidad fue nula. Conclusiones: Esta estudio permitió conocer el comportamiento de la neutropenia febril en nuestra institución conociendo los organismos principalmente aislados, el perfil de resistencia y la respuesta al manejo antibiótico. Es importante determinar estudios prospectivos y analíticos con el fin de establecer factores de riesgo asociados a complicaciones y mortalidad.

Posibles repercusiones psicopatologicas de los transtornos de la afectividad en el niño de 0 a 5 años.

Profundizar en el mundo del niño, especialmente en las relaciones afectivas que lo unen con los que lo rodean. La mayor parte de las manifestaciones psicopatológicas de 0 a 5 años son debidas a la carencia afectiva, a la mala relación entre hijo e madre. Los conflictos del lactante giran en torno a la esfera oroalimenticia durante el primer año al tercer año la ansiedad, manifestaciones neuroticas, fobias, terror nocturno, asma, dolores abdominales, colitis ulcerosa y cefaleas de tres a cinco, enuresis, encopresis, transtornos psicóticos.

The effect of nicotine in vitro on the integrity of tight junctions in Caco-2 cell monolayers

Ulcerative colitis is characterised by impairment of the epithelial barrier and tight junction alterations resulting in increased intestinal permeability. UC is less common in smokers with smoking reported to decrease paracellular permeability. The aim of this study was thus to determine the effect of nicotine, the major constituent in cigarettes and its metabolites on the integrity of tight junctions in Caco-2 cell monolayers. The integrity of Caco-2 tight junctions was analysed by measuring the transepithelial electrical resistance (TER) and by tracing the flux of the fluorescent marker fluorescein, after treatment with various concentrations of nicotine or nicotine metabolites over 48 h. TER was significantly higher compared to the control for all concentrations of nicotine 0.01-10 M at 48 h (p < 0.001), and for 0.01 mu M (p < 0.001) and 0.1 mu M and 10 M nicotine (p < 0.01) at 12 and 24 h. The fluorescein flux results supported those of the TER assay. TER readings for all nicotine metabolites tested were also higher at 24 and 48 h only (p <= 0.01). Western blot analysis demonstrated that nicotine up-regulated the expression of the tight junction proteins occludin and claudin-l (p < 0.01). Overall, it appears that nicotine and its metabolites, at concentrations corresponding to those reported in the blood of smokers, can significantly improve tight junction integrity, and thus, decrease epithelial gut permeability. We have shown that in vitro, nicotine appears more potent than its metabolites in decreasing epithelial gut permeability. We speculate that this enhanced gut barrier may be the result of increased expression of claudin-l and occludin proteins, which are associated with the formation of tight junctions. These findings may help explain the mechanism of action of nicotine treatment and indeed smoking in reducing epithelial gut permeability. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Dietary-based gut flora modulation against Clostridium difficile onset

Clostridium difficile infection is a frequent complication of antibiotic therapy in hospitalised patients, which today is attracting more attention than ever and has led to its classification as a 'superbug'. Disruption of the composition of the intestinal microflora following antibiotic treatment is an important prerequisite for overgrowth of C. difficile and the subsequent development of an infection. Treatment options for antibiotic-associated diarrhoea and C. difficile-induced colitis include administration of specific antibiotics (e.g. vancomycin), which often leads to high relapse rates. More importantly, both the rate and severity of C. difficile-associated diseases are increasing, with new epidemic strains of C. difficile often implicated. For the prevention and treatment of antibiotic-associated diarrhoea and C. difficile infection, several probiotic bacteria such as selected strains of lactobacilli (especially Lactobacillus rhamnosus GG), Bifidobacterium longum, and Enterococcus faecium and the non-pathogenic yeast Saccharomyces boulardii have been used. Controlled trials indicate a benefit of S. boulardii and L. rhamnosus GG as therapeutic agents when used as adjuncts to antibiotics. However, the need for more well designed controlled trials with probiotics is explicit.

Fibre and effects on probiotics (the prebiotic concept)

The burden (economic and medicinal) of acute and chronic gut disorders continues to increase. As efficient therapies are few, attention has turned towards the use of so-called functional foods to mediate against gut disorder. These target particular genera of gut bacteria seen as beneficial, e.g. bifidobacteria, lactobacilli. The use of products containing live microbial species (probiotics) has a long history of use in humans and many trials have been reported as 'positive'. Taking the view that positive components of the gut flora already exist in the intestinal tract, the prebiotic concept has been developed. Here, dietary carbohydrates have a selective metabolism within the gut flora thereby shifting the community towards a more advantageous structure. Conventional fibres like pectins, cellulose, etc. are not selectively metabolised by gut bacteria. However, certain oligosaccharides do have this capability. Most research has been conducted with fructooligosaccharides, like inulin, which have a powerful bifidogenic effect. Trials are ongoing to determine the clinical benefits of prebiotic use. Intestinal disorders like ulcerative colitis, gastroenteritis and irritable bowel syndrome are particular targets. (c) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

N-nitroso compound exposure-associated transcriptomic profiles are indicative of an increased risk for colorectal cancer

Endogenous formation of N-nitroso compounds (NOCs), which are known animal carcinogens, could contribute to human carcinogenesis but definitive evidence is still lacking. To investigate the relevance of NOCs in human colorectal cancer (CRC) development, we analyzed whole genome gene expression modifications in human colon biopsies in relation to fecal NOC exposure. We had a particular interest in patients suffering from intestinal inflammation as this may stimulate endogenous NOC formation, and consequently predispose to CRC risk. Inflammatory bowel disease (IBD) patients diagnosed with ulcerative colitis and irritable bowel syndrome patients without inflammation, serving as controls, were therefore recruited. Fecal NOC were demonstrated in the majority of subjects. By associating gene expression levels of all subjects to fecal NOC levels, we identified a NOC exposure-associated transcriptomic response that suggests that physiological NOC concentrations may potentially induce genotoxic responses and chromatin modifications in human colon tissue, both of which are linked to carcinogenicity. In a network analysis, chromatin modifications were linked to 11 significantly modulated histone genes, pointing towards a possible epigenetic mechanism that may be relevant in comprehending NOC-induced carcinogenesis. In addition, pro-inflammatory transcriptomic modifications were identified in visually non-inflamed regions of the IBD colon. However, fecal NOC levels were slightly but not significantly increased in IBD patients, suggesting that inflammation did not strongly stimulate NOC formation. We conclude that NOC exposure is associated with gene expression modifications in the human colon that may suggest a potential role of these compounds in CRC development.

Prebiotics and the health benefits of fiber: current regulatory status, future research, and goals.

First defined in the mid-1990s, prebiotics, which alter the composition and activity of gastrointestinal (GI) microbiota to improve health and well-being, have generated scientific and consumer interest and regulatory debate. The Life Sciences Research Organization, Inc. (LSRO) held a workshop, Prebiotics and the Health Benefits of Fiber: Future Research and Goals, in February 2011 to assess the current state of the science and the international regulatory environment for prebiotics, identify research gaps, and create a strategy for future research. A developing body of evidence supports a role for prebiotics in reducing the risk and severity of GI infection and inflammation, including diarrhea, inflammatory bowel disease, and ulcerative colitis as well as bowel function disorders, including irritable bowel syndrome. Prebiotics also increase the bioavailability and uptake of minerals and data suggest that they reduce the risk of obesity by promoting satiety and weight loss. Additional research is needed to define the relationship between the consumption of different prebiotics and improvement of human health. New information derived from the characterization of the composition and function of different prebiotics as well as the interactions among and between gut microbiota and the human host would improve our understanding of the effects of prebiotics on health and disease and could assist in surmounting regulatory issues related to prebiotic use.

An investigation of the expression and adhesin function of H7 flagella in the interaction of Escherichia coli O157: H7 with bovine intestinal epithelium

Enterohaemorrhagic Escherichia coli O157 : H7 is a bacterial pathogen that can cause haemorrhagic colitis and haemolytic uremic syndrome. In the primary reservoir host, cattle, the terminal rectum is the principal site of E. coli O157 colonization. In this study, bovine terminal rectal primary epithelial cells were used to examine the role of H7 flagella in epithelial adherence. Binding of a fliC(H7) mutant O157 strain to rectal epithelium was significantly reduced as was binding of the flagellated wild-type strain following incubation with H7-specific antibodies. Complementation of fliC(H7) mutant O157 strain with fliC(H7) restored the adherence to wild-type levels; however, complementation with fliC(H6) did not restore it. High-resolution ultrastructural and imunofluorescence studies demonstrated the presence of abundant flagella forming physical contact points with the rectal epithelium. Binding to terminal rectal epithelium was specific to H7 by comparison with other flagellin types tested. In-cell Western assays confirmed temporal expression of flagella during O157 interaction with epithelium, early expression was suppressed during the later stages of microcolony and attaching and effacing lesion formation. H7 flagella are expressed in vivo by individual bacteria in contact with rectal mucosa. Our data demonstrate that the H7 flagellum acts as an adhesin to bovine intestinal epithelium and its involvement in this crucial initiating step for colonization indicates that H7 flagella could be an important target in intervention strategies.

Gut microbial activity, implications for health and disease: the potential role of metabolite analysis

Microbial metabolism of proteins and amino acids by human gut bacteria generates a variety of compounds including phenol, indole, and sulfur compounds and branched chain fatty acids, many of which have been shown to elicit a toxic effect on the lumen. Bacterial fermentation of amino acids and proteins occurs mainly in the distal colon, a site that is often fraught with symptoms from disorders including ulcerative colitis (UC) and colorectal cancer (CRC). In contrast to carbohydrate metabolism by the gut microbiota, proteolysis is less extensively researched. Many metabolites are low molecular weight, volatile compounds. This review will summarize the use of analytical methods to detect and identify compounds in order to elucidate the relationship between specific dietary proteinaceous substrates, their corresponding metabolites, and implications for gastrointestinal health.