5-ASA Affects the PPAR-gamma Protein Expression and Chemokine Release in Intestinal Epithelial Cells

Abstract

Bakgrunn: Inflammatorisk tarm sykdom (IBD) er en kronisk immunologisk sykdom som består av ulcerøs kolitt (UC) og Crohn’s sykdom (CD). De karakteriseres av betennelse i fordøyelsessystemet, oftest i tarmene. Hva som forårsaker sykdommen er foreløpig ukjent, men det mistenkes at dysbiose, genetiske faktorer, miljøfaktorer, og immunologiske faktorer bidrar til sykdommen. 5-aminosalisylater (5-ASA) er første behandling som blir brukt for UC, og tenkes å virke som en agonist for PPARγ og hemmer for NF-κB. Målet med behandling av IBD er å indusere og vedlikeholde remisjon av betennelsen.

Mål: Målet med dette masterprosjektet var å undersøke hvordan tarmens epitel celler responderer på IBD-relevant stimulering og medisinen 5-ASA ved å se på PPARγ og NF-κB proteinuttrykk i IECs. Kjemokin utslippet av IBD-relevante kjemokiner ble også undersøkt. Metode: HT-29 celler og kolonoider hentet fra en frisk kontroll og en UC-pasient ble stimulert med TNF, Poly(I:C), and TNF + Poly(I:C), enten alene eller i kombinasjon med 5-ASA. Western blot ble gjennomført på HT-29 cellelysat for å se på protein uttrykket av PPARγ og NF-κB. Immunohistokjemi ble gjennomført på kolonoidene og farget for utrykk av PPARγ i de forskjellige epitelcellene. For å undersøke kjemokin utslippet ble ELISA for CXCL1, CXCL8, og CXCL11 utført på medium fra HT-29 celler og kolonoidene.

Resultater: PPARγ protein uttrykket i HT-29 celler ble nedregulert i TNF + Poly(I:C) stimulerte celler. PPARγ protein uttrykket ble oppregulert når cellene ble stimulert med TNF og behandlet med 5-ASA sammenlignet med den ubehandlede stimuleringen. IECs i kolonoider fra UC pasienter hadde nukleær PPARγ protein uttrykk. Det var ikke mulig å konkludere hvordan NF-κB protein uttrykket i HT-29 cellene endret seg. Utslippet av CXCL1, CXCL8, og CXCL11 ble nedregulert når cellene ble behandlet med 5-ASA sammenlignet med lignende ubehandlete stimuleringer. I frisk kontroll var CXCL1 og CXCL11 utslippet for det meste nedregulert ved 5-ASA behandling mens CXCL8 hadde en liten økning i konsentrasjon. Kolonoidene fra UC pasient hadde mindre CXCL1 og CXCL11 utslipp når forbehandlet med 5-ASA, men en økning i CXCL8 utslipp.

Konklusjon: PPARγ uttrykket blir nedregulert i IECs når de blir stimulert med TNF + Poly(I:C). En kortere stimuleringstid trengs for å undersøke hvordan 5-ASA påvirker NF-κB protein uttrykket. 5-ASA kan minimere utslippet av CXCL1 og CXCL11 i kolonoider, og kan minimere utslippet av CXCL1, CXCL8, og CXCL11 i HT-29. CXCL8 utslippet virker å øke i kolonoider når de har blitt behandlet med 5-aSA. Det eksperimentelle oppsettet trenger fortsatt forbedring og eksperimenter med kolonoider fra flere donorer er nødvendig for å fastslå om 5-ASA kan redusere cytokinindusert pro-inflammatorisk respons in tarmepitelceller.

Background: Inflammatory Bowel Diseases (IBD) are chronic immunologically mediated diseases and comprises ulcerative colitis (UC) and Crohn’s disease (CD) that are characterized by inflammation in the gastrointestinal tract, often the intestines. The cause of the disease is currently unknown, but it is thought that dysbiosis, genetic factors, environmental factors, and immunological factors contribute to the diseases. 5-aminosalicylates (5-ASA) is the first treatment option for UC and is thought to act as a PPARγ agonist and inhibitor of the NF-κB. The goal for IBD treatment is to induce and maintain remission of the inflammation.

Aim: The aim of this thesis was to investigate how the intestinal epithelial cells (IECs) responds to the drug 5-ASA and IBD-relevant pro-inflammatory stimulations by looking at PPARγ and NF-κB protein expression in IECs. The effects of pre-treatment with 5-ASA on TNF and poly(I:C) induced chemokine release were also investigated.

Method: HT-29 cells and human colonoids from a healthy control and a UC patient were stimulated with TNF, Poly(I:C), and TNF + Poly(I:C) alone or in combination with treatment with 5-ASA. Western blot was performed on the HT-29 cell lysates for protein expression of PPARγ and NF-κB. Immunohistochemical staining was performed on colonoids to investigate the cellular location of PPARγ protein expression. To investigate the chemokine release, ELISA for CXCL1, CXCL8, and CXCL11 was performed on conditioned medium from HT-29 cells and colonoids.

Results: The PPARγ protein expression in HT-29 cells was downregulated in TNF + Poly(I:C) stimulated cells. When stimulated with TNF, the PPARγ protein expression was upregulated when treated with 5-ASA. IECs in the UC patient-derived colonoids had nuclear PPARγ expression. No conclusion could be made about changes in the NF-κB protein expression in HT-29 cells. 5-ASA attenuated the release of CXCL1, CXCL8, and CXCL11 was in HT-29 cells compared to similar untreated stimulations. In healthy control and UC patient-derived colonoids 5-ASA mostly decreased the release of CXCL1 and CXCL11. 5-ASA slightly increased CXCL8 release in healthy control colonoids, and significantly increased the release in UC patient-derived colonoids.

Conclusion: When stimulated with TNF + Poly(I:C) the PPARγ expression was downregulated in IECs. A shorter time of stimulation are needed to examine 5-ASA effect on NF-κB protein expression. 5-ASA can minimize the release of CXCL1 and CXCL11 in colonoids, and for CXCL1, CXCL8 and CXCL11 in HT-29. CXCL8 release seemed to increase in colonoids when treated with 5-ASA. Some optimalisation of treatment protocol and experiments with colonoid from more donors are needed to establish whether 5-ASA can rescue cytokine induced pro-inflammatory responses in IECs.