Ein hoher Verzehr von Obst und Gemüse scheint das Risiko der Inzidenz verschiedener Erkrankungen zu reduzieren. Es wird vermutet, dass eine Gruppe sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, die Flavonoide, hierfür verantwortlich sind. Mögliche Effekte auf die intestinale Barrierefunktion dieser Substanzklasse sind jedoch weitgehend ungeklärt. Parazelluläre Eigenschaften epithelialer Zellen werden hauptsächlich durch die Zell-Zell-Kontakte der Tight Junction (TJ) insbesondere durch die Proteine Occludin und die Claudine definiert. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte des am häufigsten vorkommenden Flavonoids Quercetin auf die Barrierefunktion der Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 zu untersuchen.
Hierbei zeigte sich, dass Quercetin konzentrationsabhängig (50-200 µM) den transepithelialen Widerstand erhöhte. Die Wirkung von 200 µM Quercetin war bereits nach 4 h Inkubation erkennbar und erreichte nach 48 h maximale Werte. Der Wirkverlust, welcher nach 72 h Inkubation eintrat, konnte durch eine tägliche Gabe des Flavonoids verhindert werden. Weiterhin zeigte sich, dass der Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg durch mukosale oder serosale Zugabe gleichermaßen auslösbar war. Western Blot-Analysen der TJ-Proteine Occludin, Claudin-1, -3, -4 und -7 ergaben, dass der durch Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg insbesondere mit einer Zunahme der Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 einherging. Quercetin erhöhte ebenfalls die mRNA-Expression von Claudin-4 (quantitative RT-PCR) und bewirkte eine Aktivierung des Claudin-4-Promotors (Luciferase-Reportergen-Analysen). Mittels Immunfluoreszenz-Färbungen und Laserscanning-Mikroskopie konnte ein vermehrter Einbau von Claudin-4 in die TJ nachgewiesen werden. Funktionelle Untersuchungen mittels radioaktiven Fluxmessungen zeigten, dass das Flavonoid die parazelluläre Permeabilität für Natrium und Chlorid reduzierte, aber die Durchlässigkeit von Mannitol als parazellulärer Marker unverändert blieb.
Wir konnten hiermit erstmals nachweisen, dass Quercetin die Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 in den TJ-Komplex verstärkte, wodurch die Ionen-Durchlässigkeit für Natrium und Chlorid vermindert wurde. Das führte zu einer Abdichtung der intestinalen Barriere. Dieser direkte Effekte von Quercetin könnte eine neue Möglichkeit für die Behandlung oder Prävention von Diarrhöe-bedingten intestinalen Barrieredefekten darstellen. / High dietary intake of fruits and vegetables is associated with a reduced disease risk. A group of secondary plant compounds, the flavonoids, are supposed to be important in this respect, but there is still limited information about their effects on intestinal barrier function. Paracellular properties of epithelial cells are defined for the most part by the tight junctional complex with the corresponding tight junction (TJ) proteins occludin and the claudin gene family. Therefore, the aim of our study was to elucidate the effects of quercetin, a common flavonoid, on the barrier function of the colonic epithelial cell line Caco-2.
Addition of quercetin to the Caco-2 monolayer applied to the mucosal and serosal culture medium increased transepithelial resistance in a concentration-dependent manner (50-200 µM). The effect of 200 µM quercetin was already observable after 4 hours and reached maximal levels after 48 hours. The loss of action after 72 hours was blocked by a daily addition of the flavonoid. The effect of quercetin was not different after mucosal or serosal addition. Western blot analysis of occludin, claudin-1, -3, -4, and -7 revealed that the resistance rise was associated specifically with an elevated expression of the barrier-sealing TJ protein claudin-4. The mRNA expression and the promotor activity of claudin-4 were found increased by the flavonoid using quantitative RT-PCR and luciferase reporter gene assays. Immunofluorescent staining analyzed by confocal laser scanning microscopy primarily revealed a strong increase of claudin-4, localized within the TJ as well as in subjunctional regions. Radioactive tracer fluxes revealed a reduced paracellular permeability of sodium and chloride by quercetin, whereas the permeability of the uncharged solute mannitol was not altered.
We demonstrated that the flavonoid quercetin increases the expression of claudin-4 within the tight junctional complex, which caused a decrease of the paracellular permeability for sodium and chloride. This leads to a sealing of the intestinal barrier for ions. Thus, this novel direct effect of quercetin may be utilized for the treatment or prevention of diarrhea-causing intestinal barrier defects in inflammatory bowel diseases.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:Potsdam/oai:kobv.de-opus-ubp:1526 |
| Date | January 2007 |
| Creators | Schlichter, Susanne |
| Publisher | Universität Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät. Institut für Ernährungswissenschaft |
| Source Sets | Potsdam University |
| Language | German |
| Detected Language | English |
| Type | Text.Thesis.Doctoral |
| Format | application/pdf |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/de/ |
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