In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung von intraepithelialen Lymphozyten (IEL), oxidativem Streß und endogenen Schutzmechanismen bei GvHR, Dünndarmtransplantation, Sepsis, Morbus Crohn sowie intestinalem Ischämie/Reperfusionsschaden (I/RS) analysiert. Die Bestimmung der phänotypischen und funktionellen Charaktistika der IEL im Rahmen der o. g. Erkrankungen wies auf eine Selektion bestimmter T-Zell Subpopulationen in der Darmschleimhaut hin. Zusätzlich konnte gezeigt werden, daß IEL nicht nur als Effektorzellen zur mukosalen Barrierefunktion beitragen, sondern auch regulierende Funktionen bei weiteren Abwehrmechanismen der Darmschleimhaut, wie z.B. der NOS-2 Expression besitzen. Die Untersuchungen zum intestinalen I/RS zeigten eine Gewebeschädigung nicht nur im Darm sondern auch der Leber nach selektiver intestinaler Ischämie. Dabei konnte in beiden Organen oxidativer Streß als ein Faktor der Gewebeschädigung nachgewiesen werden. Bei der Modulation des I/RS durch Gabe von Zytokinen konnte eine Zunahme des I/RS durch Gabe von IL-10 und eine Abnahme des I/RS durch IL-2 erreicht werden. Der positive Effekt der IL-2 Gabe war von einer verstärkten und verlängerten NOS-2 mRNA Expression sowie einer gesteigerten NO-Freisetzung begleitet. Im Gegensatz dazu fehlte nach IL-10 Gabe die Zunahme der NOS-2 Epxression ebenso wie ein Anstieg der NO-Metabolite im Serum. Die verminderte NO-Produktion könnte somit den negativen Effekt des anti-inflammatorischen IL-10 auf den I/RS erklären. / In this study, the role of intraepithelial lymphocytes (IEL) was analyzed in Graft-versus-Host disease, small bowel transplantation, sepsis and inflammatory bowel disease. Furthermore, the influence of oxidative stress and endogenous protective mechanisms on the development of intestinal ischemia/reperfusion injury was determined. The phenotypic and functional characteristics of IEL in these diseases indicated that only specific T-cell subsets selectively migrate and/or survive in the intestinal mucosa. In addition, it was demonstrated that IEL display several functions in the intestinal barrier system: they are cytolytic effector cells, but do also exert regulatory functions on the expression of mucosal host defense mechanisms such as NOS-2 expression. The investigations on intestinal ischemia / reperfusion injury revealed that selective intestinal ischemia induces tissue injury not only in the intestine, but in the liver as well. In both organs, oxidative stress plays a predominant role in the development of tissue destruction. Modulation of I/RS by administration of cytokines lead to increased tissue damage after IL-10 administration and reduced tissue injury after IL-2 administration. The beneficial effect of IL-2 may have been due to an increased NOS-2 mRNA expression and the subsequently increased NO production. In contrast, IL-10 administration failed to induce an increased NOS-2 mRNA expression or NO production in the intestine and liver.

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Es wird vermutet, dass das Zusammenspiel von NF-κB-Signalen und Autophagie die Entzündung in verschiedenen zellulären Kontexten und als Reaktion auf unterschiedliche Stimuli reguliert. Der molekulare Mechanismus, durch den diese beiden Signalwege bei der Regulierung der Entzündungsreaktion zusammenwirken, ist jedoch noch nicht bekannt. Mithilfe biochemischer Analysen und bildgebender Verfahren haben wir zum ersten Mal die Interaktion zwischen dem autophagischen Marker LC3 und der NF-κB/p65-Untereinheit als Reaktion auf verschiedene Stressbedingungen charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass die Anhäufung von LC3 im Zellkern nach der NF-κB-Aktivierung mit p65 interagiert, was durch die Ubiquitinierung des p65-Proteins gefördert und durch den Cargo-Rezeptor p62 erkannt wird. Zusammengenommen weisen diese Daten auf eine neue Rolle von p62 beim Transport von im Kern ubiquitiniertem p65 zu Autophagosomen hin, wo es abgebaut wird, um die entzündungsbedingte NF-κB-Hyperaktivierung zu kontrollieren. Diese Erkenntnisse sind wichtig für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien gegen Krankheiten, die mit einer gestörten Autophagie und einer konstitutiven NF-κB-Aktivität einhergehen. Die NF-κB-Signalübertragung spielt nicht nur eine entscheidende Rolle bei Entzündungen und der Tumorbildung, sondern ist auch für Entwicklungsprozesse wichtig. Durch die Etablierung von 3D-Organoid-Kulturen aus dem Dünndarm und unter Verwendung verschiedener Mauslinien weisen wir im zweiten Teil der Arbeit nach, dass NF-κB eine wichtige Funktion bei der Zelldifferenzierung und der Erhaltung von Stammzellen in vivo und ex-vivo spielt. Wir konnten zeigen, dass die Proliferation und das Absterben von Darmepithelzellen (IEC) bei Mäusen mit ubiquitärer Unterdrückung der NF-κB-Aktivität unverändert sind, während die Zahl der Becherzellen auf Kosten der Paneth-Zellen zunimmt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unsere Ergebnisse eine neue IEC-immanente Rolle von NF-κB bei Entscheidungen über das Zellschicksal und die Differenzierung aufzeigen, die über die Regulierung der Wnt-Signale und der Sox9-Expression stromabwärts von NF-κB erfolgt. Die hier beschriebenen Erkenntnisse verbessern unser Verständnis der NF-κB-Funktionen in der Stammzellbiologie, die, wenn sie dereguliert sind, auch Auswirkungen auf die Entzündung des Darms und die Tumorentstehung haben. / The interplay between NF-κB signaling and autophagy has been suggested to regulate inflammation in different cellular contexts and in response to different stimuli. However, the molecular mechanism by which these two pathways interact to regulate the inflammatory response remains elusive. By using biochemical analysis and imaging techniques, we characterized for the first time the interaction of autophagic marker LC3 and NF-κB/p65 subunit in response to different stress conditions. We demonstrated that the accumulation of LC3 within the nucleus interacts with p65 following NF-κB activation, which is promoted by ubiquitination of p65 protein and recognized by the cargo receptor p62. Together, these data identify a novel role for p62 in trafficking nuclear-ubiquitinated p65 to autophagosomes for degradation to control inflammation-driven NF-κB hyperactivation. These findings are important for developing novel therapeutic strategies against diseases involving defective autophagy and constitutive NF-κB activity. In addition to its critical role in inflammation and tumor formation, NF-κB signaling is essential in developmental processes. Establishing 3D organoid culture from the small intestine and using different mouse lines, we prove in the second part of the thesis that NF-kB plays an important function in cell differentiation and stem cell maintenance in vivo and in ex-vivo. We demonstrated that while intestinal epithelial cell (IEC) proliferation and death are unaltered in mice with ubiquitous suppression of NF-κB activity, goblet cell numbers increase at the expense of Paneth cells. In summary, our results revealed a novel IEC-intrinsic role of NF-κB in cell fate decisions and differentiation which occur via regulation of Wnt signaling and Sox9 expression downstream of NF-κB. The findings described here improve our understanding of NF-κB functions in stem cell biology which, when deregulated, also have an impact on intestinal inflammation and tumorigenesis.

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