Johan Dahlin
9d186a13b2
12 KiB
Tarmens skydd Malin J HT25.pdf
OCR Transcript
- Pages: 30
- OCR Engine: pymupdf
- Quality Score: 1.00
Page 1
Tarmens skyddsfunktioner LPG002 Malin Johansson, Professor Institutionen för Biomedicin malin.johansson@medkem.gu.se
Page 2
Kroppens utsida skyddas Slemhinnorna: Mucus (slem), epitel, immunsystem Huden: Döda keratiniserade celler Created with BioRender.com Hud ~ 1,5 m2, flera lager döda celler Tarm ~ 32 m2, enkelt levande cellager Luftvägar ~ 2 m2 luftvägar, 75 m2 lunga (sväljs ner)
Page 3
Vad behöver vi skydd mot? Exogena ämnen (svälja + andas in): Föda, mediciner, miljöprodukter och partiklar och mikroorganismer Endogena produkter: Saltsyra, bikarbonat, galla, digestionsenzymer, mekanisk kraft Samexsisterande: Tarmens normala mikrobiota Created with BioRender.com
Page 4
Slemhinnans skyddslager Mucusbarriär (slem), strukturellt skydd med antimikrobiella ämnen Epitelbarriär, täta cellinteraktioner Immunsystemet, medfött och adaptivt Lumen (utsida) Created with BioRender.com Mukosa (insida)
Page 5
Epitelytan Tunntarm Kolon Enterocyter Gobletceller/bägarceller Panethceller (tunntarm) Enteroendokrina celler Tuftceller Differentierar och förnyas på ca 2-4 dagar Differentierar och förnyas på ca 3-5 dagar Vätskeabsorption Vätskeutsöndring Differentiering styrs via olika transkriptions- faktorer Magsäck Fundus Corpus Antrum stamceller Differentierar och förnyas på ca 3 dagar stamceller stamceller Parietalceller, avger saltsyra Huvudceller (chief cells), avger pepsinogen Enteroendokrina celler, avger hormoner Yt- och halsceller, utsöndrar mucus Enterocyter Gobletceller/bägarceller Enteroendokrina celler Tuftceller ”Kryptbotten celler”
Page 6
Epitelceller Wiki Ett stabilt och ”tätt” cellager Transport Diffusion – hydrofoba molekyler Transport – Hydrofila molekyler (transportörer) Vatten och joner även paracellulärt Created with BioRender.com Focal adhesion (Dynamic sensors)
Page 7
Efflux-transportörer ABCB1 (P-glycoprotein) ATP-beroende drogefflux pump för xenobiotiska ämnen med bred sustratspecificitet ABC (ATP binding cassette) transportörer Transporterar ut upptagna oönskade ämnen (hydrofoba ämnen som lätt absorberas) Mer är 48 gener med olika lokalt uttryck Eliminerar ämnen från slemhinnan till lumen för exkretion Även hydroxyleringring med hjälp av CYP (Cytochrome P450) enzymer, som bidrar till gallsyrasyntesen, gör xenobiotiska ämnen mer vattenlösliga
Page 8
Ett exempel - sitosterol Aktiviteten hos dessa ABC transportörer regleras av gallsyror Ca 50% upptag av kolesterol men 1% av andra steroler Steroler Kolesterol- djur Sitosterol (fytosterol) - växter Mutationer i ABCG5/ABCG8 ger sitosterolemi J Lipid Res. 2018 Jul;59(7):1103-1113. doi: 10.1194/jlr.R084244
Page 9
Kroppen utsöndrar skyddande och skadliga ämnen • Saltsyra – Magsäck • Bikarbonat – Duodenum • Galla – Tunntarm • Digestionsenzymer – Mun, magsäck, tarm • Antimikrobiella molekyler – Mun, tarm • Mucus - Mun, magsäck, tarm Enzymer Peptider Bakterieaggregerande proteiner Lysozym -klyver peptidoglykan vilket lyserar grampositiva bakterier Olika strukturella grupper ger bactericid funktion HD6 bildar fångande nät Lektinet Zg16 binder peptidoglykan IgA binder bakterier
Page 10
Muciner och mucus Mucus
98% vatten, muciner och andra proteiner mm Muciner Stora glykoproteiner (>100 MDa), Tätt glykosylerade (upp till 80+% av massan) vilket ger gel-egenskaper Epitelcell 20 µm Glykokalyx 0.5-1.5 µm Mucuslager 50-1000 µm Utsöndrade muciner bildar mucus Disulfidbundna multimeriserande cysteinrika domäner O-glykosidiskt bundna glykaner Membran cytoplasmatisk svans som signalerar utifrån och in Längd upp till 1.5 µm Transmembranösa muciner sitter på den apikala epitelytan (glykokalyx) Klyvd, hålls samman O-glykosidiskt bundna glykaner Cellcytoplasman Goblet cell Diffusionsskydd och bindnigsyta Glykosyleringen varierar med vävnad
Page 11
Biosyntes av gelformande muciner
5000 amino acids Veckning, C-terminal dimerisering, N-glykosysering (1.2MDa) O-glykosylering (5MDa) N-terminal dimerisering (>100 MDa) Gobletcell Dimer Dimer (trimer) MUC2 MUC5B MUC5AC MUC6 Gelformande muciner Gustafsson and Johansson Nature Rev Gastroenterol. Hepatol. 2022
Page 12
Utsöndring av Muciner
Packas i vesiklar i
cellen
pH
Ca2+
↓pH
↑Ca2+
Utsöndras från
cellen
MUC2-N
MUC2-C
HCO3
Flöde Gustafsson and Johansson Nature Rev Gastroenterol. Hepatol. 2022
Page 13
• Hydrerar ytan • Begränsar diffusion • Ger bindningsytor • Reducerar mekanisk påverkan • Är resistenta mot digestion Muciner och mucus funktion
Page 14
Mucusskydd i munnen Trends in Immunology Volume 39, Issue 4, Pages 276-287 (April 2018) DOI: 10.1016/j.it.2017.08.005 Utsöndrade muciner:
MUC5B
MUC7
Nature Reviews Microbiology, 2011, 9(4):279-90 Ej multimer Skvamöst stratifierat epitel Serös saliv (stimulerad) och mukös saliv (konstant) Sköljer, smörjer och hydrerar Binder bakteriedödande molekyler (Lyz) Binder bakterier Sväljs ner Spottkörtlar
Page 15
Magtarmkanalens mucuslager fastsittande mucus Löst mucuslager Löst mucuslager Löst mucuslager fastsittande mucus MUC5AC MUC2 Magsäck Tunntarm Tjocktarm Peristalitisk transport Nature Reviews Microbiology, 2011, 9(4):279-90
Page 16
Mucusskydd i magsäcken By Michał Komorniczak HCl (pH 1-2) – dödar bakterier, aktiverar pepsinogen, denaturerar proteiner Stor mekanisk stress av födan mot slemhinnan MUC5AC (hårt fastsittande) MUC6 (skydd mot syra?) MUC5AC MUC6 Det utsöndrade mucinet i magsäcken är MUC5AC (MUC6 i körtlar) pH gradient Skydd neutralisering och mucus
Page 17
(Zina Deretsky, National Science Foundation) Mucus och infektioner i magsäcken Skapar en miljö som löser upp mucuslagret Motilitet ger penetration Muciner (lösliga) som lockbete för att minska infektion Inte så många patogener som klarar den sura miljön
Page 18
Mucusskydd i tunntarmen Stamceller Panethceller (lysozym, defensiner) Magsäckstömmning (föda, syra), pancreasenzymer, galla, bakterier distalt. Mucus fångar och transporterar Binder upp ämnen i lumen Mucus sitter inte fast (transporteras lätt) Skölja (CFTR) och peristaltik Hydrerar och minskar mekaniska skador Mucus bildar en diffusionsbarriär Stora molekyler passerar inte lika lätt (enzymer, proteiner, bakterier, etc. ) Små molekyler passerar lättare (aminosyror, små sackarider, etc. ) Antibakteriella molekyler framför allt från Panetceller ansamlas i mucus (gradient) Löst sittande ganska penetrabelt mucus (bikarbonat, klys) Snabb omsättning av mucus transport Gustafsson and Johansson Nature Rev Gastroenterol. Hepatol. 2022 Olika sorters gobletceller Skyddar
Page 19
MUC2 gelen bryts ej ner av egna matsmältningsenzymer Skyddad av kolhydratkedjor som ej kan brytas ner Tätt sammanhållna delar med mycket disulfidbindningar Klyvningssite specifika för pankreasproteaser är inte åtkomliga Bukspott och galla i duodenum Syran neutraliseras av bikarbonat från pankreas och Brunners körtlar Enzymatiskt skydd initialt genom att utsöndra proenzymer och proteasinhibitorer Mucus påverkas lite av gallsalterna (om fria) men bryts inte ner Mucus är relativs genomsläppligt vilket kan separera luminal och epitelial digestion Skydd mot digestionsenzymerna Digestion av pankresenzymer Digestion av brush border enzymer Amylas X Trypsin (hålls ihop av S-S) X Trypsin X
Page 20
DNA MUC2 2µm Beads Epitel (villus) Defense molecules Defa-rs1;Defcr-rs1 Defa20;Defcr20 Ang4 Pap;Pap1;Reg3b Lysozyme Mucusskydd i tunntarmen, bevis… Mucus i tunntarmen sitter inte fast…. …. är ganska genomsläppligt, …. innehåller antimikrobiella molekyler, ….och kan stimuleras att sköljas bort Kulor Glasnål mRNA uttrycket visar oilka typer av goblet celler
Page 21
Antigenupptag för tolerans Antigen Upptag via M celler i Peyers plack Upptag via GAP (goblet cell antigen passage) Levererar antigen till antigen presenterande celler
Page 22
Cystisk fibros
Ärftlig (recessiv, 1/30 bärare)
Icke fungerande CFTR kanal
CFTR (klorid och bikarbonat kanal)
Svårast symptom från lungor
men även tunntarmen och pankreas är
påverkad med tjockt mucus
Mucusdefekter vid sjukdom
Bikarbonat är nödvändigt för
normal frisättning och
expansion av mucus
Transporteras av CFTR
Cftr finns i apikalmembranet hos
celler i kryptan samt i vissa celler
på villi
Page 23
Patogener som infekterar tunntarmen tar sig igenom mucusskyddet och kan utnyttja tunntarmen för upptag Mucus och infektion • De har utvecklat sätt att ta sig förbi mucusbarriären: • Motilitet ”simma” i mucus är viktigt i tunntarmen för att nå epitelytan. • Nedbrytning (specifika proteaser) av mucus hjälper till för att nå cellytan • Patogener kan ”kidnappa” upptagsförmågan hos gobletcellerna Nature Communications volume 6, Article number: 8292 (2015) doi:10.1038/ncomms9292
Page 24
Nyutsöndrat MUC2 som hålls fast mot cellytan Mucus klyvs för ytterligare expansion (Clca1) Stamceller Mucusskydd i tjocktarmen Snabb omsättning av celler och mukus Mucus bildar en barriär MUC2 bildar en tät barriär som skyddar mot bakterier i lumen Bakterierna hålls på avstånd från cellytan Mucus utgör en gynnsam miljö för bakterier Digerera mucinglykanerna som ger energi åt både bakterierna och värden Packade nätverk av mucin Mucus skyddar slemhinnan Hydrerar, håller jonbalans och pH Minskar mekaniska skador eftersom det klär in torrare fekalt material Absorption av vatten Bakterier aggregeras (IgA, ZG16) Gustafsson and Johansson Nature Rev Gastroenterol. Hepatol. 2022 Mucus packar in fekalt material Olika sorters gobletceller
Page 25
Löst mucus
Mucus med bakterier
(faeces)
Skyddande mucuslager
Kompakt mucus nästan
utan bakterier
Humant
Mus
MUC2
Bakterier
DNA
Humant
Mus
MUCUS
M
U
C
U
S
Epitelytan
Mucusskydd i tjocktarmen, bevis
Fluorescenta
kulor
Kulor
Glasnål
Nyutsöndrat mucus
Ej fullt expanderat
Mucus håller bakterier (och kulor i storlek av
bakterier) på avstånd från cellytan
Vaktpostceller
känner av om
bakterier kommer
nära (reagerar på
ämnen som LPS,
vilket stimulerar
mucusutsöndring
Bakterier stimulerar ett bra mucusskydd
GF Convr
1 µm beads
2 µm beads
0.5 µm beads
Tissue
Impenetrable mucus (µm)
GF Convr
mRNA uttrycket visar oilka
typer av goblet celler
Page 26
Bakterieglykosidaser Bakterieproteaser kommer till sist åt proteinkedjan Bakterierna kan även bryta ner mucinglykaner (inte bara fibrer) Normalfloran med anaeroba bakterier 70% går ej odla (NGS av 16S rDNA eller helgenom) Bakterier i tarmen • Expanderat mucinnätverk släpper in bakterier • Mucinglykaner som bindningsytor (selektion?) • Nedbrytning av kolhydratkedjorna (en monosackarid åt gången) • Bakterierna gör korta fettsyror som levereras tillbaka till epitelet Korta fettsyror (energi även för epitelet) Bakterier • Bryter ner fibrer (muciner) • Bildar vitamin K och B • Dekonjugerar gallsyror N N C Ser-Thr-Pro-Ser-Thr O O GlcNAc GalNAc Gal GalNAc Gal
Page 27
Chow WSD Microbiota Mucusskyddet påverkas av mikrobiotan (och födan) Room 1 Room 2 Room 1 Room 2 1 µm beads 2 µm beads 0.5 µm beads Epitel
Page 28
Controll Kontroll UC Kontroll Inflammations- modell Humana biopsier Mukus Mukus Musvävnad Fluorescenta kulor motsvarande bakterier Mucusdefekter vid sjukdom Avsaknad av MUC2 (mus) Bakterier i direkt kontakt med epitelet Inflammation Senare cancer Stimulerar immunsystemet Även defekter hos olika gobletceller! Gustafsson and Johansson Nature Rev Gastroenterol. Hepatol. 2022
Page 29
Patogener i tjocktarmen • De har utvecklat sätt att ta sig förbi mucusbarriären. • Nedbrytning (specifika proteaser) av mucus är avgörande för att nå cellytan i tjocktarmen. • Motilitet hjälper också till.
Page 30
Frågor Malin Johansson, Professor Institutionen för Biomedicin malin.johansson@medkem.gu.se