The multiple and enigmatic roles of guanylyl cyclase C in intestinal homeostasis

Guanylyl cyclase C (GC-C) is predominantly expressed in intestinal epithelial cells and serves as the receptor for the gastrointestinal hormones guanylin and uroguanylin, and the heat-stable enterotoxin, the causative agent for Travellers' Diarrhea. Activation of GC-C results in an increase in intracellular levels of cGMP, which can regulate fluid and ion secretion, colon cell proliferation, and the gut immune system. This review highlights recent findings arising from studies in the GC-C knockout mouse, along with enigmatic results obtained from the first descriptions of human disease caused by mutations in the GC-C gene. We provide some insight into these new findings and comment on areas of future study, which may enhance our knowledge of this evolutionarily conserved receptor and signaling system. (C) 2012 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B. V. All rights reserved.

Cyclic nucleotide signaling in intestinal epithelia: getting to the gut of the matter

The intestine is the primary site of nutrient absorption, fluid-ion secretion, and home to trillions of symbiotic microbiota. The high turnover of the intestinal epithelia also renders it susceptible to neoplastic growth. These diverse processes are carefully regulated by an intricate signaling network. Among the myriad molecules involved in intestinal epithelial cell homeostasis are the second messengers, cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP). These cyclic nucleotides are synthesized by nucleotidyl cyclases whose activities are regulated by extrinsic and intrinsic cues. Downstream effectors of cAMP and cGMP include protein kinases, cyclic nucleotide gated ion channels, and transcription factors, which modulate key processes such as ion-balance, immune response, and cell proliferation. The web of interaction involving the major signaling pathways of cAMP and cGMP in the intestinal epithelial cell, and possible cross-talk among the pathways, are highlighted in this review. Deregulation of these pathways occurs during infection by pathogens, intestinal inflammation, and cancer. Thus, an appreciation of the importance of cyclic nucleotide signaling in the intestine furthers our understanding of bowel disease, thereby aiding in the development of therapeutic approaches.

Intestinal Cell Proliferation and Senescence Are Regulated by Receptor Guanylyl Cyclase C and p21

Guanylyl cyclase C (GC-C) is expressed in intestinal epithelial cells and serves as the receptor for bacterial heat-stable enterotoxin (ST) peptides and the guanylin family of gastrointestinal hormones. Activation of GC-C elevates intracellular cGMP, which modulates intestinal fluid-ion homeostasis and differentiation of enterocytes along the crypt-villus axis. GC-C activity can regulate colonic cell proliferation by inducing cell cycle arrest, and mice lacking GC-C display increased cell proliferation in colonic crypts. Activation of GC-C by administration of ST to wild type, but not Gucy2c(-/-), mice resulted in a reduction in carcinogen-induced aberrant crypt foci formation. In p53-deficient human colorectal carcinoma cells, ST led to a transcriptional up-regulation of p21, the cell cycle inhibitor, via activation of the cGMP-responsive kinase PKGII and p38 MAPK. Prolonged treatment of human colonic carcinoma cells with ST led to nuclear accumulation of p21, resulting in cellular senescence and reduced tumorigenic potential. Our results, therefore, identify downstream effectors for GC-C that contribute to regulating intestinal cell proliferation. Thus, genomic responses to a bacterial toxin can influence intestinal neoplasia and senescence.

Development of an ex vivo organ culture model using human gastro-intestinal tissue and Campylobacter jejuni.

Campylobacter jejuni is an important food-borne pathogen. However, relatively little is understood regarding its pathogenesis, and research is hampered by the lack of a suitable model. Recently, a number of groups have developed assays to study the pathogenic mechanisms of C. jejuni using cell culture models. Here, we report the development of an ex vivo organ culture model, allowing for the maintenance of intestinal mucosal tissue, to permit more complex host-bacterium interactions to be studied. Ex vivo organ culture highlights the propensity for C. jejuni to adhere to mucosal tissue via the flagellum, either as discrete colonies or as multicellular units.

Mechanism of transport of saquinavir-loaded nanostructured lipid carriers across the intestinal barrier

[EN] The aims of this work were (i) to evaluate the potential of nanostructured lipid carriers (NLCs) as a tool to 24 enhance the oral bioavailability of poorly soluble compounds using saquinavir (SQV), a BCS class IV drug 25 and P-gp substrate as a model drug, and (ii) to study NLC transport mechanisms across the intestinal barrier. 26 Three different NLC formulations were evaluated. SQV transport across Caco-2 monolayers was enhanced up 27 to 3.5-fold by NLCs compared to SQV suspension. M cells did not enhance the transport of NLCs loaded with 28 SQV. The size and amount of surfactant in the NLCs influenced SQV's permeability, the transcytosis pathway 29 and the efflux of SQV by P-gp. An NLC of size 247 nm and 1.5% (w/v) surfactant content circumvented P-gp 30 efflux and used both caveolae- and clathrin-mediated transcytosis, in contrast to the other NLC formulations, 31 which used only caveolae-mediated transcytosis. By modifying critical physicochemical parameters of the 32 NLC formulation, we were thus able to overcome the P-gp drug efflux and alter the transcytosis mechanism 33 of the nanoparticles. These findings support the use of NLCs approaches for oral delivery of poorly 34 water-soluble P-gp substrates.

Intestinal absorption by Sarotherodon galilaeus (syn Tilapia galilaea ) of Lake Kainji, Nigeria

Carbohydrates, protein, lipid and crude fibre were found to reduce in amount from the anterior to posterior regions along the gut of Sarotherodon galilaeus collected from Lake Kainji. Different regions of the gut exhibited different absorptive powers and all the compounds were differently absorbed in amount. Different sizes of fish showed different absorptive capacity

Avaliação do estado nutricional de pacientes com doença inflamatória intestinal

A doença Inflamatória Intestinal (DII) é uma desordem caracterizada pela inflamação crônica do trato gastrointestinal. Os dois principais tipos de DII são a Retocolite Ulcerativa (RCU) e a Doença de Crohn (DC) e ambas cursam com importantes alterações no estado nutricional (EN). O objetivo deste estudo foi identificar as diferenças na composição corporal entre pacientes com DC, RCU e indivíduos saudáveis, além de comparar o estado nutricional dos três grupos de pacientes, ajustando para fatores que podem interferir no EN, como o uso atual de corticosteróides, a atividade física, a atividade de doença, a idade e o sexo. Foi realizado um estudo transversal que incluiu 101 pacientes com DII (50 com DC e 51 com RCU) e 35 indivíduos saudáveis, selecionados no Ambulatório do Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Foram colhidas informações sócio-demográficas e pessoais, tais como: prática de atividade física, tabagismo, doenças pregressas e procedimentos cirúrgicos prévios. Outras informações necessárias à pesquisa foram coletadas em prontuário médico. A avaliação antropométrica foi realizada por meio das seguintes medidas: peso corporal; altura; circunferências do braço, da cintura (CC) e do quadril; dobras cutâneas do tríceps, subescápula, supra-ilíaca e da coxa; e circunferência muscular do braço (CMB). A análise da composição corporal foi realizada por meio da bioimpedância elétrica (BIA), utilizando-se o aparelho Biodynamics modelo 450. As variáveis laboratoriais analisadas foram: glicose, hemograma completo, perfil lipídico, proteínas totais, albumina, globulina, velocidade de hemossedimentação e proteína C reativa. O peso, o índice de massa corporal, a CC e o percentual de gordura corporal calculado a partir da aferição das dobras cutâneas, foram menores nos pacientes com DC, quando comparados aos indivíduos saudáveis e/ou aos pacientes com RCU. A CMB foi menor nos pacientes com DC e RCU quando comparados aos indivíduos saudáveis, porém sem apresentar diferenças entre os dois grupos de pacientes. Por BIA, verificou-se que os pacientes com DC apresentaram valores de massa magra, massa celular corpórea, massa extracelular, água corporal total e água extracelular menores quando comparados aos indivíduos saudáveis. Os níveis séricos de colesterol total, proteínas totais e albumina, e a contagem total de hemácias foram menores nos indivíduos com DC quando comparados aos indivíduos do grupo controle e/ou aos indivíduos do grupo da RCU. Os pacientes com RCU exibem composição corporal semelhante à da população saudável. Em contraposição, os pacientes com DC apresentam EN amplamente comprometido com depleção de gordura corporal e massa magra em relação aos demais indivíduos

Condição oral em pacientes com doença inflamatória intestinal

O objetivo deste estudo foi avaliar a prevalência de periodontite e a presença de lesões cariosas, restauradas e elementos perdidos por cárie em pacientes com Doença de Crohn (DC) e Retocolite Ulcerativa (RCUI), comparado-os a pacientes saudáveis sistemicamente. Como objetivo secundário, avaliamos a condição clínica da mucosa oral nos três grupos. Foram examinados 99 pacientes com DC (39.0 DP 12.9 anos), 80 com RCUI (43.3 13.2 anos) e 74 no grupo C (40.3 12.9 anos). A condição periodontal foi avaliada através do índice de placa visível, do sangramento gengival à sondagem, da profundidade de bolsa à sondagem (PBS) e do nível de inserção à sondagem (NIS). Indivíduos que apresentavam pelo menos quatro sítios com NIS ≥3 forma considerados como portadores de periodontite. As condições dentárias foram avaliadas pelo índice de dentes com lesões cariosas, restaurados e perdidos por cárie (CPOD). A condição clínica da mucosa oral foi investigada através da presença de lesões no tecido mole. A porcentagem de placa foi significativamente menor no grupo DC (44.0 30.5) que no C (54.1 26.4), p= 0.017. O sangramento gengival a sondagem era significativamente menor nos pacientes com DC (22.5 18.0) comparado ao grupo C (29.2 22.1), p= 0.038. A quantidade total de sítios com PBS ≥ 4mm foi significativamente menor no grupo DC (5.4 6.6), comparado ao grupo C (12.9 17.7), p= 0.02. A porcentagem de pacientes portadores de periodontite foi significativamente maior nos grupos RCUI (92.6%, p= 0.004) e DC (91.9%, p=0.019), comparado ao grupo C (79.7%). O índice de CPOD foi significativamente maior nos grupos RCUI (16.4 6.6; p< 0.0001) e no DC (15.1 7.3; p= 0.016) quando comparados ao C (12.5 6.8). Foram observadas significativamente mais lesões bucais nos grupos DC (17.2%; p= 0.0041) e RCUI (28.7%; p < 0.0001) quando comparadas ao grupo C (6.7%). Assim, conclui-se que os pacientes com Doença de Crohn e Retocolite Ulcerativa apresentam maior prevalência de periodontite, e maior índice de CPOD quando comparados aos indivíduos do grupo controle. A perda de inserção foi significativamente maior no grupo da Retocolite Ulcerativa quando comparado a Doença de Crohn. Além disso, os pacientes com comprometimento intestinal apresentam significativamente mais lesões bucais que os pacientes do grupo controle.

Composição corporal em pacientes com doença inflamatória intestinal: antropometria versus bioimpedância

A Doença Inflamatória Intestinal (DII) é uma desordem caracterizada pela inflamação difusa do trato gastrointestinal. Os dois principais tipos de DII são a Retocolite Ulcerativa (RCU) e a Doença de Crohn (DC) e ambas cursam com alterações no estado nutricional (EN). O objetivo deste estudo foi comparar a composição corporal, obtida por meio de diferentes métodos, em pacientes com DC e RCU em atendimento ambulatorial, avaliando possíveis diferenças nos grupos de doentes entre si e quando comparados a indivíduos saudáveis. Foi realizado um estudo transversal incluindo 101 pacientes com DII, sendo 50 com DC (GDC) e 51 com RCU (GRCU), além de 35 indivíduos saudáveis (GCON), selecionados no Ambulatório do Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Informações sócio-demográficas e pessoais, como prática de exercício físico, tabagismo, doenças pregressas e procedimentos cirúrgicos prévios foram coletadas. A avaliação antropométrica consistiu de: peso; altura; circunferências do braço, da cintura e do quadril; circunferência muscular do braço (CMB) e pregas cutâneas do tríceps, bíceps, peitoral, axilar, subescapular, suprailíaca, supraespinhal, abdominal, perna e coxa. O percentual de gordura corporal (% GC) foi estimado a partir de equações que utilizam o somatório de pregas cutâneas e por meio de bioimpedância elétrica (BIA). Para estimar o percentual de gordura subcutânea foi utilizado o somatório de dez dobras. As variáveis laboratoriais analisadas foram: hemograma completo, proteínas totais, albumina, globulina, velocidade de hemossedimentação e proteína C reativa. As análises estatísticas foram realizadas utilizando-se o software STATA versão 10.0. A classificação do EN, por meio do índice de massa corporal (IMC), evidenciou baixa prevalência de desnutrição nos três grupos avaliados. Ao analisar diretamente as medidas antropométricas de peso e IMC, observou-se que os pacientes com DC apresentaram valores significativamente menores do que os indivíduos do grupo controle. A avaliação da CMB mostrou que os pacientes do GDC e GRCU apresentaram depleção de massa magra em comparação aos indivíduos do GCON, porém sem apresentar diferenças entre os dois grupos de pacientes com DII. Em relação ao %GC obtido por BIA não foram verificadas diferenças entre os três grupos de estudo. Ao se verificar o %GC com a utilização das fórmulas de Peterson, Durnin & Womersley e Jackson & Pollock (que utiliza o somatório de três dobras) observou-se que os pacientes com DC apresentaram tecido adiposo significativamente depletado em relação aos indivíduos do GCON e do GRCU. Ao compararmos os %GC obtidos por diferentes métodos de estimativa, observou-se que as equações de Jackson & Pollock (que utilizam o somatório de três e sete dobras) apresentaram resultados significativamente menores quando comparados aos das equações de Peterson e Durnin & Womersley, nos dois grupos de pacientes. Os níveis séricos de proteínas totais e albumina, e a contagem total de hemácias foram menores nos indivíduos com DC quando comparados aos indivíduos do grupo controle e/ou aos indivíduos do grupo com RCU. Os pacientes com DC apresentaram comprometimento importante do EN em comparação aos pacientes com RCU e, notadamente, em relação aos indivíduos saudáveis.

Os efeitos das drogas vasoativas na densidade capilar funcional intestinal de ratos endotoxêmicos: uma análise com videomicroscopia intravital

Introdução: o uso de drogas vasoativas para restaurar a pressão arterial em pacientes com choque séptico é frequentemente utilizada em medicina intensiva. No entanto, os agentes vasopressores podem acentuar a hipoperfusão esplâncnica durante o choque séptico facilitando a translocação bacteriana e endotoxemia. Neste estudo foram comparados os efeitos de diferentes drogas vasoativas na microcirculação intestinal e nos parâmetros de oxigenação tecidual independentemente de reposição volêmica, num modelo experimental de choque séptico. Métodos: Ratos Wistar Kyoto anestesiados com pentobarbital foram submetidos a choque endotoxêmico através da administração de 2mg/Kg IV de lipopolissacarídeo da Escherichia Coli. A pressão arterial média foi restaurada através da administração de diversas drogas vasoativa, incluindo adrenalina, noradrenalina, fenilefrina, dopamina, dobutamina e uma combinação de noradrenalina com dobutamina. A densidade capilar funcional (DCF) da camada muscular do intestino delgado foi avaliada através de microscopia intravital. Gasometria e concentração de lactato da veia mesentérica superior também foram analisadas. Resultados: A DCF diminui aproximadamente 25% a 60% após a administração intravenosa de adrenalina, noradrenalina e fenilefrina. A administração de dopamina, dobutamina e da associação de noradrenalina com dobutamina não reduziu significativamente a DCF intestinal. A concentração de lactato da veia mesentérica aumentou após a administração de fenilefrina e mostrou uma tendência de aumentar após o uso de adrenalina e noradrenalina enquanto não se observou aumento de lactato após o uso de dopamina, dobutamina e da associação entre noradrenalina e dobutamina. Conclusões: O estudo confirma a presença de uma dissociação entre alterações hemodinâmicas sistêmicas e alterações microcirculatórias num modelo experimental de choque séptico. Os resultados indicam que o uso de dopamina, dobutamina e da associação entre noradrenalina e dobutamina apresentam um efeito de proteção na microcirculação da camada muscular intestinal de ratos submetidos a choque endotoxêmico.