En ex vivo-modell av den infekterade tarmslemhinnan
- Diarienummer
- ICA16-0031
- Start- och slutdatum
- 170901-210831
- Beviljat belopp
- 4 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Livsvetenskaperna
Summary
Tarminflammation är ett kraftigt funktionsnedsättande sjukdomstillstånd som kan ha många olika ursprung. Enterobakterier smittar via kontaminerad mat eller dryck och utgör en vanlig orsak till inflammatorisk tarmsjukdom världen över. Studier av hur enterobakterier orsakar sjukdom attraherar därför avsevärt intresse i sig, men har också potential att avslöja mekanismer av generell betydelse för uppkomsten av ett spektrum av inflammatoriska tarmåkommor. När enterobakterier, e.g. Salmonella-, Shigella-, och Escherichia-arter når tarmen, attackerar de tarmslemhinnans epitelceller och utlöser en inflammatorisk respons. Vi har i studier av möss upptäkt att ett igenkänningskomplex i epitelcellerna, NAIP/NLRC4-inflammasomen, är centralt för att begränsa infektionen och för att utlösa akut inflammation. De underliggande mekanismerna är dåligt kända. Traditionellt har tumörcellslinjer använts för molekylära studier av bakterie-värdcellsinteraktion, och fysiologiskt relevanta cellkulturmodeller för tarmslemhinnan har saknats. Framsteg inom utvecklingsbiologin har dock nyligen resulterat i robusta protokoll för ex vivo-odling och manipulering av miniatyrvarianter, organoider, av diverse organ/vävnader inklusive tarmepitelet. Organoider återger troget cellarrangemanget, fysiologin, och den genetisk stabiliteten hos intakt vävnad. Här beskriver jag hur infektionexperiment i tarmepitelsorganoider kan användas för att avslöja den molekylära basen för enterobakterieorsakad tarminflammation.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.