Transcytosis of cholera toxin subunits across model human intestinal epithelia.

Cholera toxin (CT) elicits a massive secretory response from intestinal epithelia by binding apical receptors (ganglioside GM1) and ultimately activating basolateral effectors (adenylate cyclase). The mechanism of signal transduction from apical to basolateral membrane, however, remains undefined. We have previously shown that CT action on the polarized human intestinal epithelial cell line T84 requires endocytosis and processing in multiple intracellular compartments. Our aim in the present study was to test the hypothesis that CT may actually move to its site of action on the basolateral membrane by vesicular traffic. After binding apical receptors, CT entered basolaterally directed transcytotic vesicles. Both CT B subunits and to a lesser extent CT A subunits were delivered intact to the serosal surface of the basolateral membrane. The toxin did not traverse the monolayer by diffusion through intercellular junctions. Transcytosis of CT B subunits displayed nearly identical time course and temperature dependency with that of CT-induced Cl- secretion--suggesting the two may be related. These data identify a mechanism that may explain the link between the toxin's apical receptor and basolateral effector.

Impaired cell volume regulation in intestinal crypt epithelia of cystic fibrosis mice.

Cystic fibrosis is a disease characterized by abnormalities in the epithelia of the lungs, intestine, salivary and sweat glands, liver, and reproductive systems, often as a result of inadequate hydration of their secretions. The primary defect in cystic fibrosis is the altered activity of a cAMP-activated Cl- channel, the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) channel. However, it is not clear how a defect in the CFTR Cl- channel function leads to the observed pathological changes. Although much is known about the structural properties and regulation of the CFTR, little is known of its relationship to cellular functions other than the cAMP-dependent Cl- secretion. Here we report that cell volume regulation after hypotonic challenge is also defective in intestinal crypt epithelial cells isolated from CFTR -/- mutant mice. Moreover, the impairment of the regulatory volume decrease in CFTR -/- crypts appears to be related to the inability of a K+ conductance to provide a pathway for the exit of this cation during the volume adjustments. This provides evidence that the lack of CFTR protein may have additional consequences for the cellular function other than the abnormal cAMP-mediated Cl- secretion.

A 20-nucleotide element in the intestinal fatty acid binding protein gene modulates its cell lineage-specific, differentiation-dependent, and cephalocaudal patterns of expression in transgenic mice.

A sequence of epithelial cell proliferation, allocation to four principal lineages, migration-associated differentiation, and cell loss occurs along the crypt-villus axis of the mouse intestine. The sequence is completed in a few days and is recapitulated throughout the life-span of the animal. We have used an intestine-specific fatty acid binding protein gene, Fabpi, as a model for studying regulation of gene expression in this unique developmental system. Promoter mapping studies in transgenic mice identified a 20-bp cis-acting element (5'-AGGTGGAAGCCATCACACTT-3') that binds small intestinal nuclear proteins and participates in the control of Fabpi's cephalocaudal, differentiation-dependent, and cell lineage-specific patterns of expression. Immunocytochemical studies using confocal and electron microscopy indicate that it does so by acting as a suppressor of gene expression in the distal small intestine/colon, as a suppressor of gene activation in proliferating and nonproliferating cells located in the crypts of Lieberkühn, and as a suppressor of expression in the growth factor and defensin-producing Paneth cell lineage. The 20-bp domain has no obvious sequence similarities to known transcription factor binding sites. The three functions modulated by this compact element represent the types of functions required to establish and maintain the intestine's remarkably complex spatial patterns of gene expression. The transgenes described in this report also appear to be useful in characterizing the crypt's stem cell hierarchy.

Human intestinal epithelial cells express functional cytokine receptors sharing the common gamma c chain of the interleukin 2 receptor.

Interleukin (IL) 2 signaling requires the dimerization of the IL-2 receptor beta (IL-2R beta) and common gamma (gamma c) chains. The gamma is also a component of the receptors for IL-4, IL-7, and IL-9. To assess the extent and role of the receptor signal transducing system utilizing the gamma c chain on human intestinal epithelial cells, the expression of gamma c, IL-2R beta, and receptor chains specific for IL-4, IL-7, and IL-9 was assessed by reverse transcription-coupled PCR on human intestinal epithelial cell lines and on isolated primary human intestinal epithelial cells. Caco-2, HT-29, and T-84 cells were found to express transcripts for the gamma c and IL-4R chains constitutively. IL-2R beta chain expression was demonstrated in Caco-2 and HT-29 but not in T-84 cells. None of the cell lines expressed mRNA for the IL-2R alpha chain. After stimulation with epidermal growth factor for 24 h Caco-2, HT-29, and T-84 cells expressed transcripts for IL-7R. In addition, Caco-2 and HT-29 cells expressed mRNA for the IL-9R. Receptors for IL-2, IL-4, IL-7, and IL-9 on intestinal epithelial cells lines appeared to be functional; stimulation with these cytokines caused rapid tyrosine phosphorylation of proteins. The relevance of the observations in intestinal epithelial cell lines for intestinal epithelial function in vivo was supported by the demonstration of transcripts for gamma c, IL-2R beta, IL-4R, IL-7R, and IL-9R in primary human intestinal epithelial cells.

Homeostatic regulation of intestinal epithelia by intraepithelial gamma delta T cells.

Although T cells bearing gamma delta T-cell receptors have long been known to be present in the epithelial lining of many organs, their specificity and function remain elusive. In the present study, we examined the intestinal epithelia of T-cell-receptor mutant mice, which were deficient in either gamma delta T cells or alpha beta T cells, and of normal littermates. The absence of gamma delta T cells was associated with a reduction in epithelial cell turnover and a downregulation of the expression of major histocompatibility complex class II molecules. No such effects were observed in alpha beta T-cell-deficient mice. These findings indicate that intraepithelial gamma delta T cells regulate the generation and differentiation of intestinal epithelial cells.

Loss of Apc heterozygosity and abnormal tissue building in nascent intestinal polyps in mice carrying a truncated Apc gene.

Mutations in the APC (adenomatous polyposis coli) gene appear to be responsible for not only familial adenomatous polyposis but also many sporadic cases of gastrointestinal cancers. Using homologous recombination in mouse embryonic stem cells, we constructed mice that contained a mutant gene encoding a product truncated at a 716 (Apc delta 716). Mendelian transmission of the gene caused most homozygous mice to die in utero before day 8 of gestation. The heterozygotes developed multiple polyps throughout the intestinal tract, mostly in the small intestine. The earliest polyps arose multifocally during the third week after birth, and new polyps continued to appear thereafter. Surprisingly, every nascent polyp consisted of a microadenoma covered with a layer of the normal villous epithelium. These microadenomas originated from single crypts by forming abnormal outpockets into the inner (lacteal) side of the neighboring villi. We carefully dissected such microadenomas from nascent polyps by peeling off the normal epithelium and determined their genotype by PCR: all microadenomas had already lost the wild-type Apc allele, whereas the mutant allele remained unchanged. These results indicate that loss of heterozygosity followed by formation of intravillous microadenomas is responsible for polyposis in Apc delta 716 intestinal mucosa. It is therefore unlikely that the truncated product interacts directly with the wild-type protein and causes the microadenomas by a dominant negative mechanism.

Análise da microbiota intestinal em adultos com hábitos alimentares distintos e de associações com a inflamação e resistência à insulina

Introdução: A microbiota intestinal possui grande diversidade de bactérias, predominantemente dos filos Bacteroidetes e Firmicutes, com múltiplas funções. A alimentação pode alterar sua composição e função. Alto teor de gordura saturada altera a permeabilidade intestinal, eleva os lipopolissacarídeos e predispõe à inflamação subclínica crônica. Dieta rica em fibras, como a vegetariana, induz elevação de ácidos graxos de cadeia curta e benefícios metabólicos. Objetivos: Para analisar a composição da microbiota intestinal de adventistas com diferentes hábitos alimentares e associá-los à inflamação subclínica e resistência à insulina, esta tese incluiu: 1) revisão dos mecanismos que associam a alimentação à microbiota intestinal e ao risco cardiometabólico; 2) verificação da composição da microbiota intestinal segundo diferentes hábitos alimentares e de associações com biomarcadores de doenças cardiometabólicas; 3) avaliação da associação entre a abundância de Akkermansia muciniphila e o metabolismo da glicose; 4) análise da presença de enterótipos e de associações com características clínicas. Métodos: Este estudo transversal incluiu 295 adventistas estratificados segundo hábitos alimentares (vegetariano estrito, ovo-lacto-vegetariano e onívoro). Foram avaliadas associações com dados clínicos, bioquímicos e inflamatórios. O perfil da microbiota foi obtido por sequenciamento do gene 16S rRNA (Illumina® Miseq). Resultados: 1) Há evidências de que as relações entre dieta, inflamação, resistência à insulina e risco cardiometabólico são em parte mediadas pela composição da microbiota intestinal. 2) Vegetarianos apresentaram melhor perfil clínico quando comparados aos onívoros. Confirmou-se maior abundância de Firmicutes e Bacteroidetes, que não diferiram segundo a adiposidade corporal. Entretanto, vegetarianos estritos apresentaram mais Bacteroidetes, menos Firmicutes e maior abundância do gênero Prevotella quando comparados aos outros dois grupos de hábitos alimentares. Entre os ovo-lactovegetarianos verificou-se maior proporção de Firmicutes especialmente do gênero Faecalibacterium. Nos onívoros, houve super-representação do filo Proteobacteria (Succinivibrio e Halomonas) comparados aos vegetarianos. 3) Indivíduos normoglicêmicos apresentaram maior abundância de Akkermansia muciniphila que aqueles com glicemia alterada. A abundância desta bactéria correlacionou-se inversamente à glicemia e hemoglobina glicosilada. 4) Foram identificados três enterótipos (Bacteroides, Prevotella e Ruminococcaceae), similares àqueles previamente descritos. As concentrações de LDL-C foram menores no enterótipo 2, no qual houve maior frequência de vegetarianos estritos. Discussão: 1) Conhecimentos sobre participação da microbiota na fisiopatologia de doenças poderão reverter em estratégias para manipulá-la para promover saúde. 2) Apoia-se a hipótese de que hábitos alimentares se associam favorável ou desfavoravelmente a características metabólicas e inflamatórias do hospedeiro via alterações na composição da microbiota intestinal. Sugerimos que a exposição a alimentos de origem animal possa impactar negativamente nas proporções de comunidades bacterianas. 3) Sugerimos que a abundância da Akkermansia muciniphila possa participar do metabolismo da glicose. 4) Reforçamos que a existência de três enterótipos não deva ser específica de certas populações/continentes. Apesar de desconhecido o significado biológico destes agrupamentos, as correlações com o perfil lipídico podem sugerir sua utilidade na avaliação do risco cardiometabólico. Conclusões: Nossos achados fortalecem a ideia de que a composição da microbiota intestinal se altera mediante diferentes hábitos alimentares, que, por sua vez, estão associados a alterações nos perfis metabólicos e inflamatórios. Estudos prospectivos deverão investigar o potencial da dieta na prevenção de distúrbios cardiometabólicos mediados pela microbiota.

Caracterização in vitro do metabolismo e da absorção intestinal da casearina X

As principais propriedades farmacológicas da Casearia sylvestris, uma espécie de árvore cujas folhas são utilizadas na medicina popular, já foram descritas na literatura. Recentemente foi demonstrada a potente atividade citotóxica in vitro da casearina X (CAS X), o diterpeno clerodânico majoritário isolado das folhas de C. sylvestris, contra linhagens de células tumorais humanas. Apesar dos resultados promissores, sua potente atividade citotóxica in vitro não pode ser extrapolada para uma potente atividade in vivo, a menos que possua boa biodisponibilidade e duração desejável do seu efeito. Tendo em vista que o avanço nas pesquisas de produtos naturais requer a avaliação pré-clínica de propriedades farmacocinéticas, no presente trabalho foi realizada a caracterização in vitro do metabolismo e da absorção intestinal da CAS X, com o objetivo de prever sua biodisponibilidade in vivo. Para os estudos de metabolismo in vitro, foi utilizado o modelo microssomal hepático de ratos e de humanos. Foi desenvolvido um método analítico para a quantificação da CAS X em microssomas, empregando a precipitação de proteínas com acetonitrila no preparo das amostras e a cromatografia líquida de alta eficiência para as análises. O método foi validado de acordo com os guias oficiais da Agência Nacional de Vigilância Sanitária e da European Medicine Agency (EMA). A CAS X demonstrou ser substrato para as reações de hidrólise mediada pelas carboxilesterases (CES) e apresentou um perfil cinético de Michaelis-Menten. Foram estimados os parâmetros de Vmax e KM, demonstrando que o clearance intrínseco em microssomas hepático de humanos foi 1,7 vezes maior que o de ratos. O clearance hepático foi estimado por extrapolação in vitro-in vivo, resultando em mais de 90% do fluxo sanguíneo hepático em ambas as espécies. Um estudo qualitativo para a pesquisa de metabólitos foi feito utilizando espectrometria de massas, pelo qual foi possível sugerir a formação da casearina X dialdeído como produto de metabolismo. Nos estudos de absorção intestinal in vitro foi utilizado o modelo de monocamadas de células Caco-2. Um método analítico por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas foi desenvolvido e validado de acordo com o EMA, para as etapas de quantificação da CAS X no sistema de células. Os parâmetros cinéticos de permeabilidade aparente absortiva e secretória da CAS X foram estimados em um sistema celular, no qual a atividade hidrolítica da CES foi inibida. Assim, a CAS X foi capaz de permear a monocamada de células Caco-2, provavelmente por transporte ativo, sem a ocorrência de efluxo, mas com significativa retenção do composto dentro das células. Em conjunto, os ensaios in vitro realizados demonstraram a susceptibilidade da CAS X ao metabolismo de primeira passagem, como substrato para as CES específicas expressas no fígado e intestino.

Estudo do potencial imunomodulador de Dehidroepiandrosterona (DHEA) na inflamação intestinal experimental

As Doenças inflamatórias intestinais (DII) são multifatoriais e sua etiologia envolve susceptibilidade genética, fatores ambientais, disbiose e ativação exacerbada do sistema imunológico no intestino. Essas doenças também tem sido relacionadas a baixos níveis de dehidroepiandrosterona (DHEA), um hormônio precursor de diversos esteroides e relacionado à modulação das respostas imunes. Porém, os mecanismos precisos que relacionam as ações deste hormônio com a proteção ou susceptibilidade à doença de Crohn ou colite ulcerativa ainda não são totalmente conhecidos. Sendo assim, este projeto buscou entender o papel imunomodulador do DHEA exógeno in vitro e in vivo durante a inflamação intestinal experimental induzida por dextran sulfato de sódio (DSS) em camundongos C57BL/6. Inicialmente, in vitro, DHEA inibiu a proliferação de células do baço de forma dose dependente nas concentrações de 5?M, 50?M ou 100?M, com diminuição da produção de IFN-?. Este hormônio não foi tóxico para células de linhagem mieloide, embora tenha causado necrose em leucócitos nas doses mais elevada (50 ?M e 100?M), o que pode ter influenciado a diminuição das citocinas in vitro. Nos ensaios in vivo, os camundongos tratados com DHEA (40 mg/Kg) foram avaliados na fase de indução da doença (dia 6) e durante o reparo tecidual, quando os animais expostos ao DSS e ao DHEA por 9 dias foram mantidos na ausência destas drogas até o dia 15. Houve diminuição do escore pós-morte, melhora no peso e nos sinais clínicos da inflamação intestinal, com redução de monócitos no sangue periférico com 6 dias e aumento de neutrófilos circulantes na fase de reparo tecidual (15 dias). Ainda, a suplementação com DHEA levou à redução da celularidade da lâmina própria (LP) e ao restabelecimento do comprimento normal do intestino. O uso deste hormônio também diminuiu a expressão do RNAm de IL-6 e TGF-?, enquanto aumentou a expressão de IL-13 no colón dos animais durante a fase de indução da doença, o que provavelmente ajudou na atenuação da inflamação intestinal. Além disso, houve acúmulo de linfócitos CD4+ e CD8+ no baço e diminuição apenas de linfócitos CD4+ nos linfonodos mesentéricos (LNM), indicando retenção das células CD4+ no baço após uso do DHEA. O tratamento foi também capaz de aumentar a frequência de células CD4 produtoras de IL-4 e diminuir CD4+IFN-?+ no baço, além de reduzir a frequência de CD4+IL-17+ nos LNM, sugerindo efeito do DHEA no balanço das respostas Th1/Th2/Th17 relacionadas à colite. Em adição, as células de baço dos animais tratados com DHEA e expostos ao DSS se tornaram hiporresponsivas, como visto pela diminuição da proliferação após re-estímulos in vitro. Finalmente, DHEA foi capaz de atuar no metabolismo dos camundongos tratados, levando à diminuição de colesterol total e da fração LDL no soro durante a fase de indução da doença, sem gerar quaisquer disfunções hepáticas. Com isso, podemos concluir que o DHEA atua por meio do balanço das respostas imunes exacerbadas, minimizando os danos locais e sistêmicos causados pela inflamação intestinal induzida por DSS.

Terapêutica biológica na doença inflamatória intestinal : revisão bibliográfica

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Doença inflamatória intestinal associada a colangite esclerosante primária : um fenótipo raro

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Anemia na doença inflamatória intestinal

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Doença inflamatória intestinal pediátrica e comorbilidades psiquiátricas

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Développement et utilisation de modèles in vitro et de données précliniques pour augmenter la prédictibilité de la perméabilité et du métabolisme intestinal chez l'humain

Tout médicament administré par la voie orale doit être absorbé sans être métabolisé par l’intestin et le foie pour atteindre la circulation systémique. Malgré son impact majeur sur l’effet de premier passage de plusieurs médicaments, le métabolisme intestinal est souvent négligé comparativement au métabolisme hépatique. L’objectif de ces travaux de maîtrise est donc d’utiliser, caractériser et développer différents outils in vitro et in vivo pour mieux comprendre et prédire l’impact du métabolisme intestinal sur l’effet de premier passage des médicaments comparé au métabolisme hépatique. Pour se faire, différents substrats d’enzymes du métabolisme ont été incubés dans des microsomes intestinaux et hépatiques et des différences entre la vitesse de métabolisme et les métabolites produits ont été démontrés. Afin de mieux comprendre l’impact de ces différences in vivo, des études mécanistiques chez des animaux canulés et traités avec des inhibiteurs enzymatiques ont été conduites avec le substrat métoprolol. Ces études ont démontré l’impact du métabolisme intestinal sur le premier passage du métoprolol. De plus, elles ont révélé l’effet sur la vidange gastrique du 1-aminobenzotriazole, un inhibiteur des cytochromes p450, évitant ainsi une mauvaise utilisation de cet outil dans le futur. Ces travaux de maîtrise ont permis d’améliorer les connaissances des différents outils in vitro et in vivo pour étudier le métabolisme intestinal tout en permettant de mieux comprendre les différences entre le rôle de l’intestin et du foie sur l’effet de premier passage.

Interleukin-6-deficient mice are highly susceptible to Giardia lamblia infection but exhibit normal intestinal immunoglobulin A responses against the parasite.

In the present study, interleukin-6 (IL-6)-deficient mice were infected with Giardia lamblia clone GS/M-83-H7. Murine IL-6 deficiency did not affect the synthesis of parasite-specific intestinal immunoglobulin A. However, in contrast to wild-type mice, IL-6-deficient animals were not able to control the acute phase of parasite infection. Reverse transcription-PCR-based quantitation of cytokine mRNA levels in peripheral lymph node cells exhibited a short-term up-regulation of IL-4 expression in IL-6-deficient mice that seemed to be associated with failure in controlling the parasite population. This observation suggests a further elucidation of IL-4-dependent, Th2-type regulatory processes regarding their potential to influence the course of G. lamblia infection in the experimental murine host.