Bottom-up reconstruction of the infected gut mucosa ex vivo
- Reference number
- ICA16-0031
- Start and end dates
- 170901-210831
- Amount granted
- 4 000 000 SEK
- Administrative organization
- Uppsala University
- Research area
- Life Sciences
Summary
Inflammatory gut disease is a debilitating condition that may have diverse etiologies. Enterobacterial infection, acquired through contaminated food or water, constitutes a prevalent cause of intestinal inflammation. The study of bacteria-triggered inflammation thus attracts significant interest in its own right, but may also inform on the generic wiring of gut inflammatory circuits. Upon entry into the intestine, enterobacteria such as Salmonella, Shigella, and Escherichia species, attack the epithelium, and elicit mucosal inflammation. Me and my coworkers have in mouse infections uncovered the importance of an epithelial pathogen recognition complex, the NAIP/NLRC4 inflammasome, for pathogen restriction and sparking of gut inflammation. The molecular underpinnings of these responses remain to be defined. Until now, transformed tumor cell lines have served as experimental proxy for molecular microbe-host cell interactions studies, and a physiologically relevant culture model of the intestinal epithelium has been lacking. Recent progress in developmental biology has, however, led to robust protocols for ex vivo growth of miniature organs, so called organoids, from diverse sources including the intestine. Organoids faithfully recapitulate intact tissue architecture, behavior, and genetic stability. Here, I describe the use of epithelial organoid cultures to elucidate the NAIP/NLRC4-driven signaling circuit that sparks intestinal infection-induced inflammation.
Popular science description
Tarminflammation är ett kraftigt funktionsnedsättande sjukdomstillstånd som kan vara akut eller kroniskt, och ha många olika ursprung. Sjukdomsallstrande mikroorganismer, såsom exempelvis Salmonella-, Shigella- och vissa E.coli-bakterier är en vanligt förekommande orsak till tarminflammation och diarrésymptom. Den snabba spridningen av antibiotikaresistens gör att bakterieinfektioner förväntas utgöra ett ökande hot mot människors och djurs hälsa under de kommande decennierna. Det är därför av central betydelse att bättre förstå hur bakterie-orsakad tarmsjukdom går till, dels för att bättre kunna stävja dessa infektioner specifikt, men även för att upptäcka generella mekanismer som ligger bakom inflammatoriska tarmåkommor. Till skillnad från de mikroorganismer som normalt växer i tarmen, kan Salmonella-bakterier och besläktade arter attackera tarmslemhinnans ytceller, det så kallade epitelet, och utlöser i denna process en inflammatorisk respons. Våra tidigare studier har avslöjat en komponent i epitelcellerna, den så kallade NAIP/NLRC4-inflammasomen, som förefaller av central betydelse för igenkänning av invaderande bakterier och igångsättning av inflammationen. Hur denna process går till på molekylnivå i epitelcellerna och deras grannar, är dock dåligt känt. En brist för att kunna utföra molekylära detaljstudier av hur bakterie-värdcellssampelet går till är att det saknats bra experimentella modellsystem som är representativa för ett äkta infektionsförlopp. Traditionellt har sådana infektionsexperiment utförts genom att blanda bakterier med snabbväxande tumörceller, som är lätta att växa och hantera i en kulturflaska. Det är dock uppenbart att sådana betingelser endast i begränsad utsträckning liknar de som råder under en infektion av den intakta tarmslemhinnan. Nyliga landvinningar inom utvecklingsbiologin har dock lett till protokoll för odling av miniatyrvarianter, så kallade organoider, av flera av kroppens vävnader och organ i ett rikt cellkulturmedium utanför kroppen. Detta öppnar upp helt ny möjligheter för att förstå hur exempelvis tarmslemhinnan fungerar på cellulär och molekylär nivå. I det aktuella forskningsprojektet använder vi metoder för odling och bakterieinfektion av tarmcells- organoider, kombinerat med studier av infektionsförloppet genom videomikroskopi och kompleterande teknologi. Vi hoppas på detta sätt uppnå en molekylär förståelse av hur bakterieinfektion av tarmslemhinnan kan leda till inflammatorisk tarmsjukdom.