title: Direct induction of TGF-β signaling by the gut commensal Anaeroplasma
Creators: name: Goetze, Victoria Von
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: 500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::570 Biowissenschaften; Biologie
subject: 500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::573 Einzelne physiologische Systeme bei Tieren
subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit
subject: microbiota
subject: gut
subject: immunology
subject: TGF-β
subject: Anaeroplasma

description: The interaction between the gut microbiota and the intestinal immune system is of great importance for human health. The cytokine TGF-β and IgA antibodies dominate the gastrointestinal immune response. TGF-β is a potent immune modulatory cytokine, suppressing unwanted immune responses in the gut and inducing the IgA class switch. IgA is an important component of the intestinal barrier controlling the growth of gut commensals and their attachment to mucosal surfaces. Both, TGF-β and IgA, are required to maintain gut homeostasis. How TGF-β is regulated in the intestine, has largely been unclear. Beller et al. identified that the gut bacteria Anaeroplasma are enhancing mucosal IgA levels by inducing the expression of TGF-β in T follicular helper (TFH) cells of Peyer’s patches (PP). However, these bacteria were poorly characterized so far and no underlying mechanism for the TGF-β induction was identified. To enable further studies on its immunomodulatory potential, in the frame of this work an effective enrichment protocol for Anaeroplasma was developed. A possibility to maintain fecal Anaeroplasma in a liquid, anaerobic in vitro culture has been described for the first time as well. Additionally, Anaeroplasma was characterized as a bacterium not only generically inducing IgA, but also elucidating a specific immune response towards itself. Moreover, it was demonstrated that Anaeroplasma is a frequent member of the human gut microbiota. Further, the genomic sequence of a gut bacterium, with the closest relative Anaeroplasma, was decoded from human stool samples de novo. The genomic sequence revealed an open reading frame (ORF) with homology to TGF-β. TGF-β via TGF-β receptor signaling is a strong inducer of its own expression. Results with a TGF-β reporter cell line demonstrated the ability of Anaeroplasma, native or as a lysate, as well as the ORF-protein to induce TGF-β signaling. Thus, we have identified a bacterial gene product which promotes TGF-β in the intestinal mucosal tissue. These results implicate a high potential as an anti-inflammatory agent for treatment of intestinal inflammation, restoring the balance between pro- and anti-inflammatory cytokines.
description: Das Zusammenwirken der Darmmikrobiota mit dem gastrointestinalen Immunsystem ist von besonderer Bedeutung für die menschliche Gesundheit. Wichtige Faktoren für die gastrointestinale Immunantwort sind das Zytokin TGF-β sowie IgA-Antikörper. TGF-β ist ein potentes immunmodulatorisches Zytokin, welches unerwünschte Immunantworten im Darm unterbindet und den IgA-Klassenwechsel induziert. IgA ist ein wichtiger Bestandteil der Darmbarriere, es kontrolliert das Wachstum der Darmflora sowie deren Kontakt mit der Schleimhaut. Sowohl TGF-β als auch IgA sind für den Erhalt der Darm-Homöstase unerlässlich, allerdings ist bisher nicht genau aufgeklärt, wie TGF-β im Darm reguliert wird. Beller et al. haben aufgezeigt, dass bestimmte Bakterien der Darmflora, Anaeroplasma, in der Lage sind, die Produktion intestinalen IgAs durch verstärkte Expression von TGF-β in den follikulären T-Helferzellen (TFH) der Peyer- Plaques (PP) zu erhöhen. Der zugrundeliegende Mechanismus für die TGF-β Induktion dieser wenig charakterisierten Bakterien konnte allerdings nicht ermittelt werden. Zur weiterführenden Analyse des immunmodulatorischen Potentials von Anaeroplasma wurde im Rahmen dieser Arbeit ein effektives Anreicherungsprotokoll entwickelt. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal der Erhalt von Anaeroplasma aus einer fäkalen Probe in einer anaeroben in vitro-Flüssigkultur beschrieben. Zusätzlich konnte aufgezeigt werden, dass Anaeroplasma neben einer generellen Verstärkung der IgA-Produktion auch eine spezifische Immunantwort gegen sich selbst auslöst. Obendrein konnte nachgewiesen werden, dass Anaeroplasma häufig Teil der menschlichen Darmflora sind. Des Weiteren wurde die Genomsequenz eines Darmbakteriums, mit nächstem Verwandten Anaeroplasma, aus einer fäkalen Probe de novo entschlüsselt. Dieses Genom enthielt einen offenen Leserahmen (open reading frame, ORF) mit Homologie zu TGF-β. TGF-β induziert seine eigene Expression über die Signaltransduktion des TGF-β-Rezeptors. Ergebnisse unter Verwendung einer TGF-β Reporterzelllinie zeigten die Aktivierung der TGF-β-Signaltransduktion durch Anaeroplasma selbst, nativ oder als Lysat, sowie durch das ORF-Protein. Dies demonstriert, dass ein bakterielles Genprodukt des Bakteriums Anaeroplasma in der Lage ist, die Produktion von TGF-β im gastrointestinalen Gewebe zu fördern. Diese Ergebnisse implizieren ein hohes Potential als anti-entzündliches Mittel zur Behandlung von entzündlichen Darmerkrankungen und zur Wiederherstellung des Gleichgewichts zwischen pro- und antientzündlichen Zytokinen.