title: Die Regulation des metabolischen Enzyms Acyl-Coenzym A-Synthetase Short-Chain Family Member 2 (ACSS2) in der intestinalen Mukosa von Patienten/-innen mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen
Creators: name: Biwank, Jana
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED) mit ihren Hauptentitäten Morbus Crohn und Colitis ulcerosa führen durch chronischen Durchfall, abdominelle Schmerzen, rektale Blutungen sowie Abgeschlagenheit und Anämie zu einer starken Beeinträchtigung des Alltags betroffener Patienten/-innen; dies verdeutlicht den großen Bedarf einer optimierten entzündungshemmenden Therapie. Das Spektrum der Therapiestrategien hat sich im Laufe der Zeit von unspezifischen Ansätzen wie den klassischen Immunsuppressiva (beispielsweise oralen Kortikosteroiden und Thiopurinen) hin zu spezifischeren Ansätzen wie Antikörper gegen Entzündungsmediatoren (z. B. Anti-TNF-Wirkostoffe oder der IL-12/IL-23-Neutralisator Ustekinumab) und einer Antiadhäsionstherapie (z. B. Vedolizumab) weiterentwickelt. Trotz der erfolgreichen klinischen Etablierung dieser wegweisenden Therapien, welche auf eine Kombination aus klinischer Symptomkontrolle und endoskopischer Remission sowie Schleimhautheilung ausgerichtet sind, sprechen immer noch bis zu 40 Prozent der CED-Patienten/-innen nicht oder nicht dauerhaft auf diese an. Dies verdeutlicht die Relevanz und Dringlichkeit eines noch genaueren Verständnisses der Pathogenese von CED, um neue therapeutische Zielstrukturen identifizieren zu können. In diesem Kontext gilt ein besonderes Augenmerk dem mukosalem Immunsystem und insbesondere dessen bei CED-Patienten/-innen charakteristischerweise veränderten Funktion; insbesondere der erhöhte Aktivierungszustand adaptiver T-Lymphozyten ist hierbei von besonderem Interesse. Diese durchlaufen im Kontext der chronischen Entzündung eine metabolische Reprogrammierung, um durch eine Anpassung von Biosynthese- und Energiestoffwechsel auf die veränderten äußeren Einflüsse des Milieus und veränderte funktionelle Anforderungen reagieren zu können. Mehrere Studien weisen darauf hin, dass sich der Stoffwechselstatus von Immunzellen sowie Komponenten der entzündlichen Mikroumgebung und mikrobielle Metaboliten gegenseitig bezüglich ihres Stoffwechselverhaltens, ihrer Effektorfunktion und ihrer Fähigkeit zur Förderung von Entzündung beeinflussen. Bisher konzentrierten sich viele therapeutische Bemühungen in der CED-Therapie darauf, die Aktivierung und Differenzierung der Immunzellen sowie deren Ansiedelung im Darm zu unterbinden. Der Aspekt des Immunmetabolismus in mukosalen Immunzellen hingegen wurde meist vernachlässigt, obwohl dieser eine wichtige Rolle in der Aufrechterhaltung der intestinalen Immunhomöostase spielt. Ein besseres und detaillierteres Verständnis des Einflusses metabolischer Prozesse auf die Immunpathogenese der CED könnte somit die Identifikation neuer und spezifischerer therapeutischer Zielstrukturen für die Behandlung von CED-Patienten/-innen bahnen. In der vorliegenden Arbeit habe ich mich insbesondere auf den Metaboliten Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) konzentriert, der u.a. für die zelluläre Lipidsynthese und für die epigenetische Genregulation eine entscheidende Rolle spielt und dessen funktionelle Relevanz für die Expansion und pro-inflammatorische Aktivierung von T-Lymphozyten bereits in mehreren Studien beschrieben wurde. Im Kontext der CED hingegen ist die Regulation von Acetyl-CoA in Darmgewebe von CED-Patienten/-innen bisher nur sehr unvollständig verstanden. Da die Produktion von extramitochondrialem Acetyl-CoA unter anderem durch das Stoffwechsel-Enzyme Acyl-Coenzym A-Synthetase Short-Chain Family Member 2 (ACSS2) katalysiert wird, bestand mein Ziel entsprechend darin, die Regulation von ACSS2 in der entzündeten Darmschleimhaut von CED-Patienten/-innen zu analysieren. Die mRNA-Gesamtexpression der Enzyme ACSS1, ACSS2 und ACLY in intestinalen Biopsien aus der Darmschleimhaut von CED-Patienten/-innen bzw. gesunden Probanden/-innen wurde mittels Real-Time-PCR analysiert und mit verschiedenen dokumentierten klinischen und patientenabhängigen Parametern in Beziehung gesetzt. Um weiterführend einzelne Zellpopulationen differenziert zu analysieren, erfolgte eine Darstellung der Expression von ACSS2 und ACLY auf Proteinebene in Darmgewebe von CED-Patienten/-innen anhand einer indirekten Immunfluoreszenzfärbung; hierbei wurde das ACSS2- bzw. ACLY-Proteinexpressionslevel in CD4+-T-Lymphozyten (CD4+) und intestinalen Epithelzellen (IECs) erfasst und mit der Entzündungsstärke in Beziehung gesetzt. Die durchgeführten Expressionsanalysen im Gesamtgewebe zeigten auf mRNA-Ebene eine hoch signifikant reduzierte ACSS2-Expression in stärker entzündeten Darmabschnitten von CED-Patienten/-innen; am ausgeprägtesten erschien dies in Rektum und Sigma. Somit implizierten diese Ergebnisse eine Abhängigkeit der intestinalen ACSS2 mRNA-Expression von der Entzündungsstärke, wohingegen ein ähnliches Phänomen für die beiden ebenfalls an der Acetyl-CoA-Regulation beteiligten Enzyme ACSS1 und ACLY nicht aufgezeigt werden konnte. Im Gegensatz dazu lag keine Abhängigkeit der ACSS2-mRNA-Expression von einer anti-TNF-Therapie sowie dem Geschlecht innerhalb der betrachteten Krankheitsentitäten vor. Um zwischen der ACSS2-Expression in verschiedenen Zellpopulationen differenzieren zu können, wurden diese in intestinale IECs und CD4+-T-Lymphozyten von CED-Patienten/-innen auf Proteinebene verglichen. Insgesamt ergab sich eine stärkere ACSS2-Expression in IECs, wohingegen die Expression von ACLY in IECs und CD4+-T-Lymphozyten vergleichbar war. Die auf mRNA-Ebene beobachtete geringere ACSS2-Expression in entzündeten Darmabschnitten zeigte auf Proteinebene in intestinalen Epithelzellen (IECs) eine ähnliche Tendenz. In CD4+-T-Lymphozyten konnte eine signifikante Herabregulation von ACLY in entzündeter Darmschleimhaut von CED-Patienten/-innen festgestellt werden. Zusammenfassend ergaben die Ergebnisse eine entzündungs-assoziierte herabgesetzte intestinale ACSS2-Gesamtexpression in der Darmschleimhaut von CED-Patienten/-innen. Bei der differenzierten Betrachtung einzelner Zellpopulationen ergab sich ein höheres Proteinexpressionslevel von ACSS2 in Epithelzellen im Vergleich zu intestinalen CD4+-T-Lymphozyten. Dies deutet auf eine größere Bedeutung von ACSS2 in IECs hin. In intestinalen Epithelzellen zeigte sich auf Proteinebene eine tendenziell herabgesetzte ACSS2-Expression in entzündetem Darmgewebe; dies weist auf eine entzündungsabhängige Regulation von ACSS2 in IECs hin. Für ACLY konnte hingegen auf Proteinebene in entzündeten Darmabschnitten eine herabgesetzte Expression in CD4+-Lymphozyten festgestellt werden. Dies impliziert eine entzündungsabhängige Regulation von ACLY in T-Lymphozyten. Über die Funktion von ACSS2 im Rahmen von CED ist bisher wenig bekannt; auf Basis der Ergebnisse dieser Arbeit wäre es deshalb spannend, die funktionelle Relevanz dieses metabolischen Enzyms im Kontext der intestinalen, inflammatorischen Vorgänge und in der CED-Pathogenese weiterführend zu untersuchen.