Genetic engineering of carbohydrate biosynthetic pathways in transgenic mice demonstrates cell cycle-associated regulation of glycoconjugate production in small intestinal epithelial cells.

Proliferation, migration-associated differentiation, and cell death occur continuously and in a spatially well-organized fashion along the crypt-villus axis of the mouse small intestine, making it an attractive system for studying how these processes are regulated and interrelated. A pathway for producing glycoconjugates was engineered in adult FVB/N transgenic mice by expressing a human alpha 1,3/4-fucosyltransferase (alpha 1,3/4-FT; EC 2.4.1.65) along the length of this crypt-villus axis. The alpha 1,3/4-FT can use lacto-N-tetraose or lacto-neo-N-tetraose core chains to generate Lewis (Le) blood group antigens Le(a) or Le(x), respectively, and H type 1 or H type 2 core chains to produce Leb and Le(y). Single- and multilabel immunohistochemical studies revealed that expression of the alpha 1,3/4-FT results in production of Le(a) and Leb antigens in both undifferentiated proliferated crypt cells and in differentiated postmitotic villus-associated epithelial cells. In contrast, Le(x) antigens were restricted to crypt cells. Villus enterocytes can be induced to reenter the cell cycle by expression of simian virus 40 tumor antigen under the control of a promoter that only functions in differentiated members of this lineage. Bitransgenic animals, generated from a cross of FVB/N alpha 1,3/4-FT with FVB/N simian virus 40 tumor antigen mice, expand the range of Le(x) expression to include villus-associated enterocytes that have reentered the cell cycle. Thus, the fucosylations unveil a proliferation-dependent switch in oligosaccharide production, as defined by a monoclonal antibody specific for the Le(x) epitope. These findings show that genetic engineering of oligosaccharide biosynthetic pathways can be used to define markers for entry into, or progression through, the cell cycle and to identify changes in endogenous carbohydrate metabolism that occur when proliferative status is altered in a manner that is not deleterious to the system under study.

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.

Espermatogênese xenogênica pós-transplante de células tronco caninas no testículo de camundongos

As células tronco espermatogoniais (SSCs) são caracterizadas pela capacidade de autorrenovação, proliferação e transmissão das informações genéticas. Em caninos a primeira tentativa de xenotransplante não obteve o sucesso da produção de espermatozoides, no entanto, há evidências de que as células testiculares xenogênicas podem ser transplantadas no testículo do animal hospedeiro, e gerar espermatozoides viáveis do doador. Portanto, este estudo tem como objetivo realizar o xenotransplante das células germinativas caninas em camundongos imunosuprimidos, e com isto promover à produção de espermatozoides caninos viáveis, geneticamente modificados. E por meio desta técnica, analisar a eficiência da espermatogênese pós-transplante. Células germinativas testiculares foram caracterizadas, isoladas e cultivadas de cães pré-púberes, por meio de sistemas de cultura de enriquecimento e fatores de crescimento. As células foram transduzidas com um gene repórter GFP e LacZ, e por um vetor lentiviral para indentificar as SSCs nos testículos receptores. As SSCs transduzidas foram transplantadas nos testículos de camundongos (C57BL/6) tratados com Busulfan, após diferentes períodos os animais receptores foram eutanasiados e analisados. Aos 10 dias de cultivo as células germinativas adultas foram positivas para CD49f, CD117, e com 5 dias uma expressão semelhante de GFRA1 e DAZL, demonstrando a presença de SSCs e algumas células em meiose. Transplantamos 105 células e 20-43% das células transplantadas foram identificadas na membrana basal dos túbulos seminíferos do animal receptor. Portanto, o transplante das células germinativas caninas, mostrou que a purificação e o cultivo realizados são possíveis para obter SSCs caninas, as quais colonizaram os túbulos seminíferos dos camundongos imunodeficientes e mantiveram-se vivas na membrana basal por 90 dias após transplante, mesmo que estes animais tenham distância filogenética

Banho de clorexidina para prevenção de colonização e infecção por micro-organismos multirresistentes na unidade de transplante de células tronco e hematopoiéticas

Introdução: Infecções relacionadas à assistência de saúde (IRAS) representam hoje um dos principais desafios da qualidade do cuidado do paciente, principalmente em pacientes submetido a transplante de células tronco e hematopoiéticas (TCTH) O banho diário com a clorexidina (CHG) degermante a 2% tem sido proposto principalmente em unidades de terapia intensivas (UTIs) para diminuir a colonização bacteriana do paciente e assim diminuir IRAS. O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto do banho com CHG degermante a 2% em unidade de internação de TCTH na incidência de infecção e colonização por patógenos multirresistentes e ainda avaliar seu impacto na sensibilidade das bactérias ao antisséptico. Métodos: Foi realizado um estudo quasi-experimental, com duração de 9 anos, com início em janeiro/2005 até dezembro/2013. A intervenção foi iniciada em agosto de 2009, sendo que os períodos pré e pós-intervenção tiveram duração de 4,5 anos. As taxas de IRAS, infecção por gram-negativos multirresistentes e infecção e colonização por enterococo resistente a vancomicina (VRE) foram avaliadas através de série temporal, para estudar o impacto da intervenção. As concentrações inibitórias mínimas (CIM) das bactérias para a CHG com e sem o inibidor de bomba de efluxo (CCCP) foram avaliadas nos dois períodos. Os genes de resistência a CHG foram estudados por meio da PCR e a clonalidade dos isolados por eletroforese em campo pulsátil. Resultados: Foi observada redução significativa na incidência de infecção e colonização de VRE na unidade no período pós-intervenção (p: 0,001). Essa taxa permaneceu estável em outras UTIs clínicas do hospital. Contudo as taxas de infecção por Gram negativos multirresistentes aumentou nos últimos anos na unidade. Não ocorreu diminuição na taxa de IRAS na unidade. As CIMs testadas de CHG aumentaram nas amostras de VRE e K. pneumoniae após o período de exposição ao antisséptico, com queda importante da CIM após o uso do CCCP, revelando ser a bomba de efluxo, um importante mecanismo de resistência à CHG. As amostras de A. baumannii e P. aeruginosa não apresentaram aumento da CIM após período de exposição à clorexidina. As bombas de efluxo Ade A, B e C estiveram presentes na maioria dos A. baumannii do grupo controle (66%). A bomba cepA foi encontrada em 67% de todas as K. pneumoniae testadas e em 44,5% das P. aeruginosas do grupo pré intervenção. Observamos uma relação positiva entre a presença da CepA nas amostras de K. pneumoniae e a resposta ao CCCP: de todas as 49 amostras CepA positivas 67,3% obtiveram redução do seu MIC em 4 diluições após adição do CCCP. A avaliação de clonalidade demonstrou padrão policlonal das amostras de VRE, K. pneumoniae e A. baumannii avaliadas. Em relação às amostras de P. aeruginosa foi observado que no período pós-intervenção ocorreu predominância de um clone com > 80% semelhança em 10 das 22 amostras avaliadas pelo dendrograma. Conclusões: O banho de clorexidina teve impacto na redução da incidência de infecção e colonização por VRE na unidade de TCTH, e não teve o mesmo impacto nas bactérias gram-negativas. Os mecanismos moleculares de resistência à clorexidina estão intimamente ligados à presença de bomba de efluxo, sendo provavelmente o principal mecanismo de resistência e tolerância das bactérias ao antisséptico

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.