Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit.opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit Maastricht. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Der Zusammenbruch der intestinalen Epithelbarriere ist ein Schlüsselfaktor in der Pathogenese von Morbus Crohn. Die Mechanismen dahinter sind jedoch noch immer ungeklärt. In dieser Arbeit wurden Enteroide dahingehend untersucht, ob sie als geeignetes In-vitro-Modell zur Analyse, der in Patientenproben beobachteten Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere dienen. Zunächst wurden Darmproben aus Patienten mit Morbus Crohn sowie gesunden Patienten gesammelt und Enteroide aus Stammzellen der Intestinalen Krypten einiger Patientenproben generiert. Abschließend wurden die Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere auf proteinbiochemischer Ebene in humanen Gewebeproben und Enteroiden vergleichend untersucht und analysiert. Es kam zu tiefgreifenden Veränderungen der Expressionsmuster der analysierten Junktionsproteine in den Patientenproben. Überraschenderweise spiegelten sich diese Änderungen für alle Junktionsproteine bis auf Claudin 1 und E-Cadherin, in den aus schwer entzündetem Gewebe generierten und unstimulierten Enteroiden, wider. Die Arbeit zeigt, dass Enteroide scheinbar einige der Veränderungen der intestinalen Epithelbarriere bei Morbus Crohn auf Proteinebene in vitro beibehalten und widerspiegeln. Auf Grundlage dieses Enteroid-Modells ist es nun möglich, neue Erkenntnisse über die Pathomechanismen des Verlusts der Integrität der intestinalen Epithelbarriere zu erlangen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln. / Loss of Intestinal epithelial barrier is a key factor in the pathogeneses of Crohn’s disease. The underlying mechanisms remain still unknown. In this thesis we tested whether human enteroids generated from isolated intestinal crypts of CD patients serve as an appropriate in vitro model to analyse changes of intestinale epithelial barrier proteins observed in patients’ specimens. For this we collected gut samples from Crohn’s disease and healthy individuals who underwent surgery. Enteroids were then generated from intestinal crypts and analyses of junctional proteins in comparison to full wall samples were performed. We could detect severe changes of intestinal epithelial barrier proteins in human tissue samples. Surprisingly unstimulated enteroids generated from patients with severe inflammation accurately reflect those changes except for claudin 1 and e-cadherin. These data indicates that enteroids maintain some characteristics of intestinal barrier protein changes. Therefore the enteroid in vitro model serves as an appropriate tool to gain further insights into the pathogeneses of inflammatory bowel diseases such as Crohn’s disease.

Die komplexe Pathogenese von Angst und insbesondere der Panikstörung wird sowohl von genetischen Faktoren wie dem Adenosin A2A Rezeptorgen (ADORA2A) 1976T/C Polymorphismus (rs5751876) als auch von neuropsychologischen Faktoren wie einer verzerrten Emotionsverarbeitung und Defiziten in der frühen Informationsverarbeitung beeinflusst. Ziel der vorliegenden doppelblinden, Placebo-kontrollierten Studie war, ein mehrstufiges pathogenetisches Angstmodell zu etablieren, in dem der Einfluss von 300 mg Koffeinzitrat – einem Antagonisten am Adenosin A2A Rezeptor – versus Placebo 1) auf den emotionspotenzierten Startlereflex (negative, neutrale und positive Bilder aus dem International Affective Picture System (IAPS) sowie zusätzlich panikspezifisches Bildmaterial) an 115 gesunden Probanden (m = 57, w = 58) und 2) auf die frühe Informationsverarbeitung (Prepulse-Modifikation (PPM)-Paradigma mit Interstimulus Intervallen (ISI) von 60, 120, 240, 480 und 2000 ms) an vorwiegend derselben Stichprobe von 114 gesunden Probanden (m = 57, w = 57) getestet wurde. Die Probanden wurden dabei für die genetische ADORA2A 1976T/C Variante stratifiziert und mittels des Angstsensitivitäts-Index (ASI) für Angstsensitivität (AS) charakterisiert. Zusätzlich zum erwarteten Haupteffekt der Bildkategorien (höchste Startlemagnituden für negative, niedrigste für positive Bilder) konnte eine Genotyp X Intervention Interaktion auf die Bildkategorien beobachtet werden: Sowohl Trägerschaft des ADORA2A 1976TT Risikogenotyps unter Placebo als auch der Konsum von Koffein bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgerschaft stellten ein Risiko für eine ähnliche, d.h. undifferenzierte physiologische Erregung in Antwort auf negative und neutrale Reize und damit womöglich für eine erhöhte Angstbereitschaft dar. In Übereinstimmung mit dem hypothetisierten multifaktoriellen Risikomodell potenzierte Koffein in Synergie mit dem ADORA2A 1976TT Risikogenotyp die Startlereaktion spezifisch für negative emotionale Reize. Dieser Effekt wurde maßgeblich durch eine hohe Angstsensitivität verursacht. Die höchsten Startlemagnituden nach Koffeineinnahme bei negativen Bildern zeigten sich insbesondere in der weiblichen Stichprobe. Bei panikspezifischen Bildern führte Koffein bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgern dazu, dass im Vergleich zu Placebo weniger zwischen negativen und Panikbildern unterschieden wurde. Bei ADORA2A 1976TT Risikogenotypträgern ergaben sich bzgl. der panikspezifischen Bilder weder unter Koffein- noch unter Placebobedingungen Unterschiede. Bezüglich der frühen Informationsverarbeitung konnte eine Vierfachinteraktion zwischen Genotyp, Intervention, Geschlecht und ISI beobachtet werden. Eine Stratifikation nach ISI ergab, dass die Prepulse Inhibition (PPI) nach Koffeineinnahme für das ISI von 120 ms und von 240 ms bei weiblichen ADORA2A 1976TT Risikogenotypträgern im Vergleich zu männlichen ADORA2A 1976TT Homozygoten eingeschränkt war, während es keine signifikanten Effekte bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgern oder in der Placebogruppe gab. Nur bei hoch ängstlichen Probanden konnte ein signifikanter Interventionseffekt mit verminderter Prepulse Fazilitation (PPF; ISI von 2000 ms) unter Koffein beobachtet werden. Unsere Ergebnisse weisen auf ein komplexes, mehrstufiges und potenziell geschlechtsspezifisches pathogenetisches Angstmodell hin, bei dem genetische und biochemische Faktoren interaktiv das Risiko für defizitäre emotionale Verarbeitungsprozesse und somit möglicherweise auch für Angststörungen erhöhen. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass weibliche ADORA2A 1976TT Homozygote unter Koffein eine eingeschränkte Fähigkeit haben, irrelevante sensorische Informationen zu filtern, was die Rolle des adenosinergen Systems bei der Pathogenese von Angst zusätzlich stützt. Durch die Definition von multifaktoriellen Risikoprofilen für Angst und insbesondere die Panikstörung, wie in der vorliegenden Arbeit exemplarisch demonstriert, können in Zukunft Fortschritte in der individuellen Primär- und Sekundärprävention erzielt werden. / The complex pathogenesis of anxiety and panic disorder in particular has been suggested to be influenced by genetic factors such as the adenosine A2A receptor gene (ADORA2A) 1976T/C polymorphism (rs5751876) as well as neuropsychological factors such as distorted emotion processing and early information processing deficits. Thus, in the present double-blind, placebo-controlled study we attempted to paradigmatically investigate a multi-level pathogenetic model of anxiety by testing the effect of 300 mg caffeine citrate as an antagonist at the adenosine A2A receptor versus placebo 1) on the emotion-potentiated (unpleasant, neutral and pleasant pictures from the International Affective Picture System (IAPS) and panicspecific pictures) startle reflex in 115 healthy individuals (m = 57, f = 58) and 2) on early information processing (prepulse modification (PPM) paradigm with interstimulus intervals (ISIs) of 60, 120, 240, 480 and 2000 ms) in mainly the same 114 healthy individuals (m = 57, f = 57) controlled for anxiety sensitivity (AS) and stratified for the genetic ADORA2A 1976T/C variant.In addition to the expected main effect of picture category (highest startle magnitude for unpleasant, lowest for pleasant pictures) across all ADORA2A 1976T/C genotype and intervention (caffeine vs. placebo) groups, an interaction effect of genotype, intervention and picture category was discerned: The ADORA2A 1976TT risk genotype seemed to be generally linked to maladaptive emotional processing and thereby potentially anxiety-proneness in that under the placebo condition risk genotype carriers showed equally increased startle magnitudes for unpleasant and neutral pictures as compared with pleasant pictures. Additionally, ADORA2A risk genotype and caffeine synergistically increased the startle response to negative emotional stimuli. Highest startle magnitudes for negative pictures after caffeine intake were especially seen in the female subgroup. No differences between negative and panic-specific pictures were seen in ADORA2A 1976CC/CT non-risk genotype carriers after caffeine administration as compared to placebo, whereas ADORA2A 1976TT risk genotype carriers did not differ in startle magnitudes in response to panicspecific vs. pictures independently of caffeine or placebo condition. As for the PPM experiment, a fourfold interaction of genotype, intervention, gender, and ISIs) was discerned. Stratification by ISIs revealed that at 120 ms and 240 ms ISIs in the caffeine condition, PPI was impaired in female ADORA2A 1976TT risk genotype carriers as compared to male ADORA2A 1976TT homozygotes, while no significant effects were observed in the ADORA2A 1976CC/CT non-risk genotype or placebo group. Only in high anxiety sensitive probands, a significant intervention effect was discerned with impaired prepulse facilitation (PPF; ISI of 2000 ms) due to caffeine. Our data point to a complex, multi-level and potentially gender-specific pathogenetic model of anxiety with genetic and biochemical factors interactively increasing the risk of maladaptive emotional processing and thereby possibly also anxiety disorders. The present results also point to an impaired ability to selectively process very early information and to gate irrelevant sensory information, respectively, in female ADORA2A 1976TT homozygotes in response to caffeine, providing further evidence for the adenosinergic system to be involved in the pathogenesis of anxiety. The present findings may eventually aid in improving primary and secondary prevention by sharpening risk profiles of anxiety-prone individuals.

Die bariatrische Chirurgie ist momentan die einzige Therapieoption der morbiden Adipositas mit der eine langfristige Gewichtsreduktion erreicht werden kann. Unter den Operationsmethoden gilt der RYGB als eine der wirksamsten Behandlungen bezogen auf den Gewichtsverlust und die Verbesserung von Begleiterkrankungen wie dem Diabetes mellitus Typ 2. Darüber hinaus belegt eine wachsende Zahl an Veröffentlichungen, dass der RYGB den Zustand chronischer Entzündung, wie er typischerweise mit Adipositas einhergeht, verringern kann. Diese sogenannte Endotoxämie geht unter anderem mit einer gestörten Integrität der intestinalen Epithelbarriere einher. Ziel der vorliegenden Arbeit war es eine Analyse der Veränderungen von für die Darmbarriere wichtigen Junktionsproteinen vorzunehmen, um eine Grundlage für künftige mechanistische Untersuchungen zu schaffen. Dafür wurden die Veränderungen von Barriereproteinen in Vollwandresektaten des Duodenums, des Jejunums, des Ileums sowie des Kolons von Ratten, die einen RYGB erhalten hatten, mittels Western Blot Untersuchungen quantifiziert. Als Kontrollgruppe dienten schein-operierte Ratten. Es kam zu tiefgreifenden Veränderungen der analysierten Barriereproteine in den Vollwandresektaten. Interessanterweise unterschieden sich die Verteilungsmuster der Veränderungen der Barriereproteinte deutlich zwischen den einzelnen Darmregionen. Um herauszufinden, ob diese Veränderungen durch regionale Veränderungen der Mikroumgebung nach RYGB- Operation induziert wurden, wurden im reduktionistischen Zellkultursystem Stuhl- Transferexperimente durchgeführt. Caco2-Zellkulturen dienten hierbei als Modell für die intestinale epitheliale Barriere. Es wurden funktionelle Messungen und quantitative Analysen der Veränderungen der Barriereproteine der Zellkultur durchgeführt. Die Funktionsmessungen zeigten, dass der Inhalt des Duodenums, des Jejunums sowie des Kolons deutliche barrierestabilisierende Effekte auf die Caco2-Zellmonolayer hatte. Zudem zeigten sich tiefgreifende Veränderungen der untersuchten Barriereproteine. Zusammenfassend wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals eine regionenspezfische Regulation der intestinalen Barriereproteine in Korrelation mit funktionellen Messungen nach RYGB nachgewiesen. / Bariatric surgery is currently the only treatment option for morbid obesity that can achieve long-term weight loss. Among surgical methods, RYGB is considered one of the most effective treatments in terms of weight loss and improvement of associated diseases such as type 2 diabetes mellitus. In addition, a growing number of publications demonstrate that RYGB can reduce the state of chronic inflammation typically associated with obesity. This so-called endotoxemia is associated with impaired integrity of the intestinal epithelial barrier. The aim of the present work was to perform an analysis of changes in junctional proteins which are important for the intestinal barrier in order to provide a basis for future mechanistic studies. For this purpose, the changes of barrier proteins in whole-wall resections of the duodenum, jejunum, ileum, and colon of rats that had received an RYGB were quantified by Western blot studies. Sham-operated rats served as the control group. Profound changes in the analyzed barrier proteins occurred in the whole-wall resectates. Interestingly, the distribution patterns of barrier protein changes differed markedly between intestinal regions. To determine whether these changes were induced by regional changes in the microenvironment after RYGB- surgery, stool transfer experiments were performed in the reductionist cell culture system. Caco2 cell cultures served here as a model for the intestinal epithelial barrier. Functional measurements and quantitative analyses of the changes in the cell culture barrier proteins were performed. The functional measurements showed that the contents of the duodenum, jejunum, as well as the colon had significant barrier-stabilizing effects on the Caco2 cell monolayers. In addition, profound changes in the barrier proteins examined were evident. In summary, the present work was the first to demonstrate region-specific regulation of intestinal barrier proteins in correlation with functional measurements by RYGB.

Habilitation - Universität, Düsseldorf, 1999.

Tübingen, Univ., Diss., 2004.

Thesis (doctoral)--University, Tel Aviv, 2002.

Zugl.: Berlin, Freie Univ., Diss., 2009.

Mainz, Univ., Diss., 2001.