TY - THES T1 - Antimikrobielle Aktivität der Histone bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen A1 - Kunkel,Yasmin Y1 - 2019/01/24 N2 - Der menschliche Darm beherbergt eine Vielzahl von Mikroorganismen. Neben seiner Funktion als Schutzschicht gegen Pathogene, muss er gleichzeitig eine exzessive Immunantwort gegen Kommensale verhindern. Eine entscheidende Rolle in der Verteidigung spielen antimikrobielle Peptide (AMPs), die aufgrund ihres kationischen Charakters spannungsabhängige Kanäle auf der Oberfläche von Mikroorganismen ausbilden und diese zerstören. Neben den „klassischen AMPs“ konnten weitere antimikrobiell aktive Polypeptide, wie z.B. Mitglieder der Histonfamilie isoliert werden. Histone sind basische Proteine, die als Bestandteil des Chromatins für die Verpackung der DNA verantwortlich und Ort posttranslationeller Modifikationen sind. Man unterscheidet fünf Familien, die Kernhistone H2A, H2B, H3 und H4 sowie das Linkerhiston H1. Extrazellulär zeigen Histone eine starke antimikrobielle Wirkung gegen ein breites Spektrum von Mikroorganismen, wobei der Mechanismus der Histontoxizität bisher wenig aufgeklärt ist. Wird die antimikrobielle Schutzschicht des Darms geschwächt, z.B. durch eine verminderte Expression antimikrobiell wirksamer Peptide, können Mikroorganismen in die Mukosa eindringen und zu Entzündungsreaktionen führen. Dieser Prozess konnte bei Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED), wie Morbus Crohn (MC) und Colitis ulcerosa (CU), in verschiedenen Geweben nachgewiesen werden. Es war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Rolle der Histone bei der Symptomausprägung der CED zu untersuchen. Im ersten Teil wurde eine systematische Analyse des Transkriptoms (Q-PCR) und Translatoms (Western Blots) der Kernhistone in Kolongeweben durchgeführt. Bei der Genexpression zeigte sich in entzündeten MC-Geweben eine tendenzielle Erhöhung der Histone, die bei H2A und H2B sogar signifikant ausfiel. Die Quantifizierung auf Proteinebene ergab eine extreme Streuung der Expressionsstärke bei allen Kernhistonen, unabhängig von der untersuchten Gruppe. Signifikante Unterschiede waren nicht zu erkennen. H2B war im Trend in der Entzündung erniedrigt. Nach der systematischen Analyse wurde im zweiten Teil der Fokus auf isolierte His-tone aus humanem Kolongewebe gelegt. Im Vorfeld wurden verschiedene Methoden zur Isolierung der Histone verglichen. Dazu wurden die extrahierten Histone durch Fraktionierungen per RP-HPLC und Massenanalyse mit MALDI-TOF-MS überprüft. Durchflusszytometrische Untersuchungen ergaben, dass die antimikrobielle Aktivität der isolierten Histone aus verschiedenen Darmgeweben und Mukus bei verschiedenen Mikroorganismen keine Unterschiede zwischen gesunden Kontrollen und CED-Patienten zeigten. Lediglich bei S. aureus ließ sich eine signifikant erhöhte Histonaktivität in entzündetem CU-Gewebe erkennen. Die Wirkung der extrahierten Histone scheint stammspezifisch zu sein und lässt eine höhere Aktivität gegen die getesteten grampositiven Spezies erkennen. Mit Hilfe immunhistologischer Färbungen konnten erwartungsgemäß extrazelluläre Histone im Mukus nachgewiesen werden. Mit Hilfe von ELISAs wurden im Mukus die Proteinkonzentrationen von H2A und H2B bestimmt und eine leichte Erhöhung der Histonproteine in CU-Gewebe beobachtet. Im letzten Teil der Arbeit wurden mittels durchflusszytometrischer Vitalitätstests die Wechselwirkungen zwischen rekombinanten Histonen, sowohl untereinander als auch mit anderen AMPs, untersucht. Dabei zeigte sich in allen Fällen eine stamm-spezifische Steigerung der antimikrobiellen Aktivität der Histone. Häufig traten sy-nergistische Effekte auf. Durch elektromikroskopische Aufnahmen konnte die Wir-kungsweise der Histone gegen verschiedene Bakterien visualisiert und eine Ver-klumpung der Bakterien sowie ein massiver Verlust der Zellintegrität beobachtet werden. Veränderungen des Transkriptoms und des Translatoms der Histone sowie der an-timikrobiellen Histonaktivität bei CED-Patienten hätten als pathologische Defekte der Erkrankungen gewertet werden können. Solche Effekte konnten in dieser Arbeit jedoch nicht bestätigt werden. Aufgrund ihrer enormen antimikrobiellen Aktivität spielen Histone aber trotzdem eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Mikroorga-nismen im Kolon. Ob Histone ein therapeutisches Potenzial besitzen und inwieweit sie als neue Antibiotika eingesetzt werden können, müssen weiterführende Studien zeigen. Diese Arbeit konnte das starke, mit klassischen AMPs durchaus vergleichba-re, Potenzial der Histone gegen die verschiedensten Erreger bestätigen und auf diese Weise Anregungen für nachfolgende Studien bringen. KW - Histone KW - Defensine KW - Crohn-Krankheit KW - Darmflora KW - Kolon CY - Hohenheim PB - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim AD - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart UR - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2019/1532 ER -