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Nov 12, 2023

Ein verminderter TMIGD1-Wert verschlimmert Kolitis und Darmbarrierestörungen über BANF1

BMC Medicine Band 21, Artikelnummer: 287 (2023) Diesen Artikel zitieren 1 Altmetric Metrics Details Eine gestörte Darmepithelbarriere ist eine der Hauptursachen für Morbus Crohn (CD). Roman

BMC Medicine Band 21, Artikelnummer: 287 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Eine gestörte Darmepithelbarriere ist eine der Hauptursachen für Morbus Crohn (CD). Neuartige molekulare Ziele für die Darmepithelbarriere sind für die Behandlung von Zöliakie von entscheidender Bedeutung. Das Transmembran- und Immunglobulindomänen-enthaltende Protein 1 (TMIGD1) ist ein Adhäsionsmolekül, das die Zelladhäsion, -migration und die Enterozytendifferenzierung reguliert. Die Funktion und der Mechanismus von TMIGD1 in der CD- und Darmepithelbarriere wurden jedoch selten untersucht. Darüber hinaus bleibt der Zusammenhang zwischen TMIGD1 und den klinischen Merkmalen von CD unklar.

Zur Identifizierung fehlregulierter Gene wurde eine Transkriptomanalyse der Dickdarmschleimhaut von Zöliakie-Patienten und gesunden Personen durchgeführt. Die Multi-Omics-Integration der 1000IBD-Kohorte, einschließlich Genomik, Transkriptomik von Darmbiopsien und Serumproteomik, identifizierte den Zusammenhang zwischen Genen und Merkmalen von CD. Die Entzündung wurde anhand der Zytokinproduktion in Zelllinien, Organoiden und darmspezifischen Tmigd1-Knockout-Mäusen (Tmigd1INT-KO) beurteilt. Die Integrität der Epithelbarriere wurde anhand des elektrischen Widerstands des Transepithels (TEER), der parazellulären Permeabilität und der Expression des Apical Junction Complex (AJC) bewertet. Zur Erforschung nachgelagerter Mechanismen wurden Co-Immunpräzipitation, GST-Pulldown-Assays, Massenspektrometrie, Proteomik und Transkriptomanalyse eingesetzt.

Die Multi-Omics-Integration deutete darauf hin, dass TMIGD1 negativ mit den entzündlichen Eigenschaften von Zöliakie assoziiert war. TMIGD1 war in der entzündeten Darmschleimhaut von Patienten mit CD- und Mäuse-Colitis-Modellen herunterreguliert. Tmigd1INT-KO-Mäuse waren anfälliger für chemisch induzierte Kolitis. In Epithelzelllinien und Dickdarmorganoiden führte der Abbau von TMIGD1 zu einer Beeinträchtigung der Integrität der Darmbarriere, was sich in einer erhöhten parazellulären Permeabilität und einer verringerten TEER- und AJC-Expression zeigte. Der Abbau von TMIGD1 in Darmepithelzellen induzierte auch die Produktion proinflammatorischer Zytokine. Mechanistisch interagierte TMIGD1 direkt mit dem zytoplasmatischen BAF-Kernassemblierungsfaktor 1 (BANF1), um die NF-κB-Aktivierung zu hemmen. Die exogene Expression von TMIGD1 und BANF1 stellte die Darmbarrierefunktion wieder her und hemmte Entzündungen in vitro und in vivo. Die TMIGD1-Expression sagte das Ansprechen auf eine Anti-TNF-Behandlung bei Patienten mit Zöliakie voraus.

Unsere Studie zeigte, dass TMIGD1 die Integrität der Darmbarriere aufrechterhielt und Entzündungen inaktivierte und daher ein potenzielles therapeutisches Ziel für CD darstellte.

Peer-Review-Berichte

Morbus Crohn (CD) ist eine chronisch entzündliche Magen-Darm-Erkrankung, die häufig zu Strikturen oder Fisteln im terminalen Ileum, Dickdarm und Perianalbereich führt [1, 2]. Die Darmschleimhautbarriere spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Zöliakie durch die Aufrechterhaltung der Darmhomöostase und besteht aus der Epithelschicht, der Schleimschicht, der Schleimhautimmunität und der kommensalen Mikrobiota [3, 4]. Die Epithelschicht ist der Eckpfeiler der Darmhomöostase, da sie an der physischen Trennung des inneren Milieus vom Lumen, der Modulation der Schleimsekretion, der Mikrobiota-Wirt-Kommunikation und der Anpassung von Immunantworten über verschiedene Epithelzell-Subtypen beteiligt ist [5]. Defekte der Integrität der Epithelbarriere sind hauptsächlich durch eine Schädigung des Apical Junction Complex (AJC) gekennzeichnet, einschließlich Tight Junctions, Adhäsionsverbindungen und Desmosomen [6]. Nach einer entzündlichen Verletzung erhöht die Fehlregulation der AJC-Proteine ​​die Darmpermeabilität und verschlimmert dadurch die Kolitis [7]. Allerdings sind weitere Untersuchungen erforderlich, um neue molekulare Ziele zur Wiederherstellung der Epithelintegrität und zur Linderung von Entzündungen zu entwickeln.

Transmembrane and immunoglobulin domain-tained 1 (TMIGD1), bestehend aus zwei extrazellulären Immunglobulin (Ig)-Domänen, einer Transmembrandomäne und einer intrazellulären Domäne, wird vom Zytoplasma zur interzellulären Verbindung transportiert [8]. TMIGD1 ist ein Bestandteil des Bürstensaums und lokalisiert sich in der proximalen Basisregion von Mikrovilli in Darmepithelzellen [9]. TMIGD1 fungiert als Adhäsionsrezeptor und Tumorsuppressor [10]. TMIGD1 wird von EBP50 und E3KARP im Bürstensaum rekrutiert und sorgt für die Bildung von Mikrovilli. TMIGD1 bindet an Zytoskelett-verknüpfende Proteine ​​wie Moesin und Ezrin und reguliert die Zelladhäsion und -migration [11, 12]. TMIGD1 reguliert auch die transepitheliale Permeabilität und schützt die renalen tubulären Epithelzellen vor oxidativen Schäden [8]. Darüber hinaus zeigt TMIGD1 einen rückläufigen Trend bei normaler Darmschleimhaut, nichtpolypoiden Läsionen, polypoiden Läsionen und Dickdarmkrebs [13]. TMIGD1 induziert den Stillstand des Zellzyklus in der G2/M-Phase und die Differenzierung der Enterozyten; Ein TMIGD1-Mangel beeinträchtigt die Reifung der Darmepithelien und führt zu einer deformierten apikobasalen Organisation in Mikrovilli der Maus [13, 14]. Obwohl berichtet wurde, dass die TMIGD1-Expression in der CD-Schleimhaut signifikant abnimmt [15], wurden die Funktion und der Mechanismus von TMIGD1 in der CD- und Darmbarriere selten untersucht. Darüber hinaus bleibt der Zusammenhang zwischen TMIGD1 und den klinischen Merkmalen von CD unklar.

In dieser Studie führten wir eine Transkriptomanalyse der Dickdarmschleimhaut von stationären Patienten und eine Multi-Omics-Integration unter Verwendung des 1000IBD-Kohortendatensatzes durch, einschließlich Genomik, Transkriptomik von Darmbiopsien und Serumproteomik. Wir fanden heraus, dass eine Herunterregulierung von TMIGD1 mit schwerwiegenderen Entzündungsmerkmalen bei Zöliakie verbunden war. Wir haben auch darmspezifische Tmigd1-Knockout-Mäuse (Tmigd1INT-KO), Zelllinien und Dickdarmorganoide generiert, um zu zeigen, dass ein verringertes TMIGD1 Entzündungen förderte und eine Barrierefunktionsstörung auslöste. Darüber hinaus haben wir einen neuen molekularen Mechanismus enthüllt: Die direkte Interaktion zwischen TMIGD1 und dem zytoplasmatischen BAF-Kernassemblierungsfaktor 1 (BANF1) hemmt den NF-κB-Signalweg.

Die Humanstudie wurde vom Ethics Committee Institutional Board des First Affiliated Hospital der Sun Yat-sen University genehmigt und es wurde auch eine Einverständniserklärung aller Teilnehmer eingeholt ([2022] Nr. 252). Alle menschlichen Proben wurden durch endoskopische Biopsie in der Abteilung für Gastroenterologie, dem ersten angegliederten Krankenhaus der Sun Yat-sen-Universität, entnommen. Die Diagnose einer Zöliakie basierte auf klinischen, radiologischen, endoskopischen und histologischen Untersuchungen gemäß den Leitlinien der Europäischen Organisation für Morbus Crohn und Colitis [16]. Der Morbus Crohn-Aktivitätsindex (CDAI), der einfache endoskopische Score für Morbus Crohn (SES-CD) und der Geboes-Histologie-Aktivitätsscore (GHAS) wurden gemäß Protokollen bewertet [17, 18, 19].

Der 1000IBD-Kohortendatensatz (EGAS00001002702) basierte auf einer etablierten Kohorte entzündlicher Darmerkrankungen des Universitätsklinikums Groningen mit 1215 Patienten [20]. Die genomischen Informationen wurden durch Global Screening Array und Sequenzierung des gesamten Exoms für alle Patienten generiert. Die transkriptomischen Daten des Darms wurden mittels Massen-mRNA-Sequenzierung für 171 Patienten ermittelt. Entzündungsbiomarker im Serum wurden mit dem Olink Proximity Extension Assay bei 1026 Patienten gemessen. Um den genetischen Hintergrund von TMIGD1 und seine mutmaßlichen Auswirkungen auf nachgeschaltete molekulare Merkmale zu untersuchen, haben wir 831 genomische Varianten mit einer geringen Allelhäufigkeit > 5 % ermittelt, die sich ± 1 MB um das TMIGD1-Genzentrum befinden. Diese Varianten wurden ausgewählt, um regulatorische Auswirkungen auf die Genexpression zu erkennen, die als cis-eQTL definiert wurden [21]. Genomvarianten wurden auch verwendet, um ihre Assoziationen mit entzündlichen Biomarkern (protein quantitative trait loci, pQTL) zu bestimmen [22]. Die Patienten mit nur Referenzallelen wurden als 0 kodiert, während heterozygote und homozygote alternative Allele als 1 bzw. 2 kodiert wurden. Alle QTL-Effekte wurden anhand verallgemeinerter linearer Modelle gemäß unseren früheren Studien bewertet (21, 22).

Alle Tierversuchsprotokolle wurden vom Institutional Board der Ethikkommission des First Affiliated Hospital der Sun Yat-sen University genehmigt ([2021] Nr. 028). Alle Mäuse hatten einen C57BL/6J-Hintergrund. Tmigd1-floxierte Mäuse ohne Villin-Cre (Kontrollmäuse, WT) wurden mit Villin-Cre-Mäusen gekreuzt, um Tmigd1INT-KO-Mäuse zu erzeugen (Shanghai Model Organisms Company, China). Die Mäuse wurden nach dem Absetzen im Alter von vier Wochen getrennt gehalten. Die Mäuse wurden bei 23 °C ± 3 °C und 35 % ± 5 % Luftfeuchtigkeit in einem 12-stündigen Dunkel-/Hell-Zyklus in der speziellen pathogenfreien Einrichtung aufgezogen. Akute Kolitis-Modelle wurden durch die Verabreichung von entweder 2,5 % Dextransulfat-Natrium (DSS) (160110, MP Biomedicals, USA) über Trinkwasser oder 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure (TNBS) (P2297, Sigma-Aldrich, USA) über das Trinkwasser induziert ein intrarektaler Einlauf bei 6–8 Wochen alten Mäusen, wie von Wirtz et al. beschrieben. [23]. Der Krankheitsaktivitätsindex (DAI) wurde anhand von Gewichtsverlust, Stuhlkonsistenz und Darmblutungen ermittelt. Endoskopische Scores und histologische Scores für DSS- und TNBS-induzierte Kolitis wurden nach dem klassischen Protokoll berechnet [23]. Adenoviren für die Überexpression von Tmigd1 und Banf1 sowie Kontrollviren wurden Mäusen durch intraperitoneale Injektion verabreicht.

Caco2, eine epitheliale Adenokarzinomzelllinie des Dickdarms, wurde von der American Tissue Culture Collection (ATCC, USA) erworben und in Dulbeccos modifiziertem Eagle-Medium (DMEM; C11995500BT, Gibco, USA), ergänzt mit 10 % fötalem Rinderserum (10099-141C, Gibco, USA) und 1 % Antibiotika (15140-122, Invitrogen, USA). NCM460, eine Kolonepithelzelllinie, wurde von Incell Corporation LLC (INCELL, USA) gekauft und in M3: BaseF-Medium (M300F, INCELL, USA), ergänzt mit 10 % fötalem Rinderserum und 1 % Antibiotika, kultiviert. Die Zellen wurden in einem befeuchteten Inkubator mit 5 % CO2 bei 37 °C nicht länger als 2 Monate gezüchtet.

Die Isolierung und Kultivierung der Krypta wurde wie von Lukonin et al. beschrieben durchgeführt. [24]. Dickdarmgewebe wurde präpariert, mit eiskalter phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS; BL601A, Biosharp, CHN) gewaschen und in kleine Stücke geschnitten. Die Zotten wurden mit eiskaltem PBS durch Auf- und Abpipettieren vollständig abgewaschen, bis der Überstand klar wurde. Gewebestücke wurden im Gentle Cell Dissociation Reagent (Nr. 100-0485, Stemcell Technologies, CAN) entweder 30 Minuten (menschliche Proben) oder 15 Minuten (Mausproben) unter Rühren inkubiert. Nach kräftigem Pipettieren, Filtrieren durch ein 70-μm-Zellsieb (352350, Corning, USA) und Waschen wurden die Dickdarmkrypten gesammelt und in Matrigel (356231, Corning, USA), ergänzt mit IntestiCult™-Organoid-Wachstumsmedium (06005 und 06010, Stemcell Technologies, CAN). Organoide wurden vor der Verwendung mindestens sieben Tage lang in 5 % CO2 bei 37 °C kultiviert. Das Medium wurde alle zwei Tage ausgetauscht und die Organoide wurden einmal pro Woche passagiert.

Zellen und Gewebe wurden unter Verwendung von Lysepuffer (20-188, MERCK, GER), ergänzt mit einem Protease- und Phosphatase-Inhibitor-Cocktail (5872, CST, USA), lysiert. Proteinproben wurden einer SDS-PAGE unterzogen und auf PVDF-Membranen übertragen. Nach der Inkubation mit Primärantikörpern bei 4 °C über Nacht wurden die Membranen gewaschen und mit Meerrettichperoxidase (HRP)-konjugierten Sekundärantikörpern 2 Stunden lang bei 25 °C inkubiert. Die Blots wurden mit dem iBright™ CL1500-System (Thermo Scientific, USA) visualisiert. Die in dieser Studie verwendeten Antikörper sind in der Zusatzdatei 1: Tabelle S1 aufgeführt.

Frisches Dickdarmgewebe wurde in 4 % Paraformaldehyd (P1110, Solarbio, CHN) fixiert und in Paraffin eingebettet. Die Schnitte wurden über Nacht bei 4 °C mit Primärantikörpern und anschließend 30 Minuten lang bei 25 °C mit HRP-konjugierten Sekundärantikörpern inkubiert. Die in dieser Studie verwendeten Antikörper sind in der Zusatzdatei 1: Tabelle S1 aufgeführt. Der anschließende Nachweis erfolgte durch Substratnachweis mittels DAB (8059, CST, USA). Die Bilder wurden mit einem BX51-Mikroskop (Olympus, JPN) und dem AxioScan Z1-System (Zeiss, GER) aufgenommen.

In Paraffin eingebettete Abschnitte von Dickdarmgewebe wurden in Xylol und Gradienten-Ethanol hydratisiert und dann mit Ziegenserum blockiert. Die Schnitte wurden mit primären Antikörpern über Nacht bei 4 °C inkubiert, gefolgt von sekundären Antikörpern, und in einem mit DAPI (P36981, Invitrogen, USA) ergänzten Anti-Fade-Eindeckmedium konserviert. Die Fluoreszenz wurde mit einem konfokalen LSM780-Mikroskop (Zeiss, GER) nachgewiesen. Die in dieser Studie verwendeten Antikörper sind in der Zusatzdatei 1: Tabelle S1 aufgeführt.

Die Gesamt-RNA wurde mit TRIzol (15596026, Thermo Scientific, USA) entweder aus Zellen oder Geweben extrahiert. Die Gesamt-RNA des DSS-induzierten Kolitis-Modells wurde mit Lithiumchlorid gereinigt, um eine mögliche Hemmung der qPCR durch DSS zu vermeiden [25]. Für die Reverse Transkription wurde das Transcript First Stand cDNA Synthesis Kit (04897030001, Roche, Basel, Schweiz) und für die qPCR Fast Start Universal SYBR Green (12239264001, Roche, Basel, Schweiz) verwendet. Die relative Quantifizierung der mRNA-Expression wurde mit der Delta-Delta-Ct-Methode (ΔΔCt) durchgeführt. Die Primersequenzen sind in der Zusatzdatei 1: Tabelle S2 aufgeführt.

Stücke von Dickdarmgewebe wurden über Nacht bei 4 °C vorfixiert und dann mit 1 % OsO4 für 2 Stunden bei 25 °C nachfixiert. Nach der Dehydrierung und Einbettung in Epoxidharz wurden die Harzblöcke auf einem Ultramikrotom (Leica UC7, GER) auf eine Dicke von 60–80 nm geschnitten und mit Formvar-Folie auf 150-Mesh-Cuprum-Gitter gefischt. Die Gitter wurden zusätzlich mit 2 % Uranylacetat und 2,6 % Bleicitrat kontrastiert. Schließlich wurden Kupfergitter unter dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) (HITACHI HT7800, JPN) bei 80,0 kV beobachtet. Untersuchungen der Mikrovillilänge wurden an insgesamt 30 längsgeschnittenen Mikrovilli pro Probe durchgeführt. Untersuchungen von AJC-Lücken wurden an insgesamt 10 längsgeschnittenen Verbindungsbereichen von Kolonepithelzellen pro Probe durchgeführt.

Der transepitheliale elektrische Widerstand (TEER) stellt die parazelluläre Permeabilität des Caco2-Monoschicht-Zellmodells dar. Caco2-Zellen wurden in der oberen Kammer einer Transwell-Kammer mit 12 Vertiefungen und 0,4 μm (3460, Corning, USA) in einer Dichte von 5 × 104 Zellen/Vertiefung ausgesät. Nach 2 Wochen wurde der TEER mit einem Millicell ERS-2 (Millipore, GER) gemessen.

Für Mäuse wurde 4 kD Fluoresceinisothiocyanat-Dextran-Pulver (FD4; 60842-46-8, Sigma, USA) in PBS gelöst, um eine 80 mg/ml-Lösung zu erhalten. Die Mäuse wurden vor der Sondenernährung mit 150 μl FD4-Lösung 4 Stunden lang gefastet. Drei Stunden nach der Sondenernährung wurden die Mäuse betäubt und ihr Blut wurde gesammelt und im Dunkeln aufbewahrt. Der Austritt von FD4 in den Kreislauf wurde durch Messung der Serumfluoreszenz (λex/λem= 485/535 nm; TECAN Infinite F500, AUT) bestimmt. Für Zellen wurde FD4-Pulver in Opti-MEM (31985070, Gibco, USA) gelöst, um eine 2 mg/ml-Lösung zu erhalten. FD4-Lösung wurde in die obere Transwell-Kammer und Opti-MEM in die untere Kammer gegeben. Nach 4-stündiger Inkubation wurde die Fluoreszenzintensität aus der unteren Kammer erfasst (λex/λem= 485/535 nm; TECAN Infinite F500, AUT). Für Organoide wurde FD4 dem Kulturmedium zugesetzt, wie von Xu et al. beschrieben. [26]. Die Fluoreszenzintensität innerhalb des Organoids wurde mit einem konfokalen LSM780-Mikroskop (Zeiss, GER) quantifiziert.

Überexpressionsplasmide für FLAG-markiertes TMIGD1, BANF1 und ihre Kontrollen wurden von OBiO Technology Corp., Ltd. (Shanghai, CHN) entworfen und synthetisiert. RNAi-Plasmide für TMIGD1, BANF1 und ihre Kontrollen wurden von Shanghai GENECHEM Corp., Ltd. (Shanghai, CHN) erworben. Die Plasmidtransfektion wurde mit Lipofectamine™ 3000 (L3000001, Thermo Scientific, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt. Überexpressions- und RNAi-Lentiviren für TMIGD1, BANF1 und ihre Kontrollen wurden von den beiden oben genannten Unternehmen synthetisiert. Die Wirksamkeit der Infektion wurde mittels qPCR und Western Blot bewertet. Die Zielsequenzen waren wie folgt:

TMIGD1-Knockdown: CGTGAGATGACAAGTTCTGTT;

BANF1-Knockdown: CTTCGGATGCCTTCGAGAGTG;

Die Immunpräzipitation wurde gemäß den Anweisungen des Herstellers (90409, Thermo Scientific, USA) durchgeführt. Nach der Herstellung des Zelllysats wurden spezifischer Antikörper und Kontroll-IgG getrennt zu jedem Aliquot hinzugefügt und die Proben wurden über Nacht bei 4 °C rotiert. Der Antigen-Antikörper-Komplex wurde dann 1 Stunde lang bei 25 °C an Protein A/G-Magnetkügelchen gebunden. Der Magnetkügelchen-Antikörper-Antigen-Komplex wurde dann wiederholt gewaschen. Abschließend wurden die Überstände des Immunkomplexes eluiert und einer anschließenden Analyse unterzogen.

GST-Pulldown-Assays wurden gemäß dem Protokoll des Herstellers (21516, Thermo Scientific, USA) durchgeführt. Gereinigtes rekombinantes GST-markiertes TMIGD1-Protein (TMIGD1-GST; H00388364-P01, Abnova, CHN) wurde mit Glutathion-Agarose 2 Stunden lang bei 4 °C inkubiert. Nach fünfmaligem Waschen wurde die Glutathion-Agarose mit FLAG-markiertem BANF1-Protein (BANF1-Flag; TP303270, Origene, CHN) 2 Stunden lang bei 4 °C inkubiert. Nach fünfmaligem Waschen wurde die Elution mittels Western Blot analysiert.

Die Kern- und Zytoplasmafraktionen wurden getrennt mit dem Minute™ Cytoplasmic and Nuclear Fractionation Kit (SC-003, Invent Biotechnologies, USA) extrahiert. β-Actin wurde als zytoplasmatische Kontrolle und Lamin B1 als nukleare Kontrolle für die Western-Blot-Analyse verwendet. Die nukleare p65-DNA-Bindungsaktivität wurde mithilfe von NF-κB-p65-Transkriptionsfaktor-Assays (ab210613, Abcam, UK) nachgewiesen.

Die murinen Serumexpressionsniveaus von acht Zytokinen, darunter IL-1β, IL-6, IL-10, IL-17A, IL-33 und TNF-α, wurden mit einem Luminex-Zytokin-Assay-Kit (LXSAMSM-06, R&D Systems, USA) und einem Luminex X-200-Instrument gemäß dem Protokoll des Herstellers (R&D Systems, USA).

Für die statistische Analyse wurde das IBM Statistical Package for the Social Sciences (SPSS v26.0, USA) verwendet. Fehlende Daten wurden aus allen statistischen Analysen ausgeschlossen. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) dargestellt. Zur Analyse der Datensätze wurden der ungepaarte zweiseitige Student-t-Test, die einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) und der nichtparametrische Mann-Whitney-U-Test verwendet. Die nichtparametrische Korrelationsanalyse wurde mittels Spearman-Korrelation durchgeführt. Die logistische Regression wurde verwendet, um die Anti-TNF-Reaktion mit TMIGD1-mRNA-Expression vor der Anti-TNF-Behandlung vorherzusagen. Der RISK-Kohortendatensatz wurde in Trainings- (60 %) und Testsätze (40 %) unterteilt. Das Modelltraining erfolgte durch eine fünffache Kreuzvalidierung. Das Signifikanzniveau wurde als p<0,05 definiert. Alle Daten sind repräsentativ für mindestens drei unabhängige Experimente.

In diese Studie wurden zwei Datensätze einbezogen: interne Daten von chinesischen Patienten mit Zöliakie und der niederländischen 1000IBD-Kohorte. Die Analyse interner transkriptomischer Daten identifizierte 530 fehlregulierte Gene (417 hochreguliert und 113 herunterreguliert) in der entzündeten Dickdarmschleimhaut von Patienten mit Zöliakie im Vergleich zu nicht entzündeter Schleimhaut von gesunden Personen (|log2-fache Änderung|≥1 und p<0,05, Abb. 1A). ). Um die Gene zu identifizieren, die am stärksten mit den allgemeinen Entzündungsmerkmalen von Zöliakie zusammenhängen, haben wir dann die 30 Gene bestimmt, deren Expression am stärksten mit CDAI, C-reaktivem Protein (CRP), SES-CD und GHAS korreliert (Abb. 1B und Zusatzdatei 1: Tabelle S3). Nur TMIGD1 und H2AC11 zeigten eine signifikante Korrelation mit allen Entzündungsmerkmalen (Abb. 1C). Da TMIGD1 hauptsächlich im Darm exprimiert wird, untersuchten wir die Rolle von TMIGD1 bei der Entstehung von CD [13]. Wir führten eine Multi-Omics-Integration mithilfe des 1000IBD-Kohortendatensatzes durch, einschließlich Genomik, Transkriptomik von Darmbiopsien und Serumproteomik (Abb. 1D). Es wurde beobachtet, dass 278 signifikante genomische Varianten in der Nähe von TMIGD1 möglicherweise Auswirkungen auf die quantitativen cis-Expression-Loci (cis-eQTL) auf die TMIGD1-Expression haben (Abb. 1E und F, Zusatzdatei 2). Darüber hinaus waren diese cis-eQTL-Varianten auch mit zahlreichen proinflammatorischen Proteinen von CD im Serum assoziiert (z. B. IL-2, TWEAK und IFN-γ; Abb. 1G und H, Zusatzdatei 3). Insgesamt zeigten Patienten, die TMIGD1-Genomvarianten trugen, veränderte Entzündungsmerkmale.

Die Multi-Omics-Integration weist darauf hin, dass TMIGD1 negativ mit den entzündlichen Eigenschaften von CD korreliert. Eine Heatmap unseres internen Datensatzes, die die unterschiedliche Expression von mRNA bei Patienten mit Zöliakie (n=7) im Vergleich zu gesunden Personen (NC, n=10) zeigt. Die Pfeilspitze zeigt das TMIGD1-Expressionsniveau an. B Liste der 30 wichtigsten Gene, die mit CDAI, CRP, SES-CD und GHAS korrelieren; der absolute Wert von Spearman r mithilfe einer Korrelationsanalyse zwischen dem FPKM von Genen und CDAI, CRP, SES-CD und GHAS. C-Venn-Diagramm, das die gemeinsamen Gene in den vier Gruppen zeigt. D Multi-Omics-Datenintegration der niederländischen 1000IBD-Kohorte, einschließlich genomischer Informationen von 1125 Patienten, transkriptomischer Daten von Darmbiopsien von 171 Patienten und Serum-Olink-Proteomdaten von 1026 Patienten. E Das obere Feld zeigt den −log10 p-Wert von cis-eQTLs innerhalb einer Region von ±1 MB um das TMIGD1-Genzentrum. Das untere Feld zeigt das Bindungsungleichgewicht (LD, R2) von 831 Varianten. F Beispiele für signifikante cis-eQTLs. 0, 1 und 2 geben die Homozygoten der Referenzallele, Heterozygoten bzw. Homozygoten alternativer Allele bei Patienten an. Die Y-Achse zeigt die normalisierte Genexpressionszahl an. G, H Beispiele für signifikante Zusammenhänge zwischen cis-eQTL-Varianten und proinflammatorischen Proteinen im Serum. Blau in (G) zeigt die negativen Assoziationen an, während Rot die positiven Assoziationen anzeigt. Die Werte rund um den Kreis stellen die absolute Effektgröße dar, die aus dem linearen Modell generiert wird. Die Y-Achse in (H) zeigt die normalisierten Expressionswerte von Serumproteinen

Anschließend untersuchten wir den Phänotyp der TMIGD1-Expressionsänderungen. TMIGD1 war in der entzündeten Darmschleimhaut von Patienten mit Zöliakie im internen Datensatz (0,294-fach, p = 0,034) und in der 1000IBD-Kohorte (0,339-fach, p < 0,001; Abb. 2A) herunterreguliert. Eine verminderte TMIGD1-mRNA wurde auch in der entzündeten Darmschleimhaut von Patienten mit Zöliakie im Vergleich zur nicht entzündeten Schleimhaut von gesunden Personen bestätigt (0,284-fach, p < 0,001, Abb. 2B und Zusatzdatei 1: Tabelle S4). Die Expression des TMIGD1-Proteins wurde ebenfalls durchgängig herunterreguliert (Abb. 2C). Die Analyse von Einzelzellsequenzierungsdaten aus menschlichen Kolonbiopsieproben (GSE116222) ergab, dass TMIGD1 bevorzugt in Epithelzellen exprimiert wurde (Abb. 2D) [5]. Die immunhistochemische (IHC) Färbung zeigte auch, dass sich das TMIGD1-Protein hauptsächlich in der Zellmembran und im Zytoplasma von Epithelzellen befand (Abb. 2E). Die Färbungsintensität nahm ab, wohingegen CDAI zunahm (Abb. 2E, F und Zusatzdatei 1: Tabelle S5). Darüber hinaus korrelierte die Färbeintensität von TMIGD1 negativ mit CRP, SES-CD und GHAS (Spearman r = −0,728 und p <0,001 für CRP; Spearman r = −0,700 und p <0,001 für SES-CD; Spearman r = −). 0,734 und p<0,001 für GHAS; Abb. 2G). Daher war eine Herunterregulierung von TMIGD1 bei Patienten mit Zöliakie mit einer schwereren Entzündung verbunden.

Die TMIGD1-Expression ist in der Darmschleimhaut von Patienten mit Zöliakie und Mäusen mit chemisch induzierter Kolitis verringert. Eine TMIGD1-mRNA-Expression in der Darmschleimhaut im internen Datensatz (NC, n=10; CD, n=7; links) und in der 1000IBD-Kohorte (NC, n=107; CD, n=64; rechts). B Die Expression von TMIGD1-mRNA in der menschlichen Darmschleimhaut wurde mittels qPCR bewertet (NC, n=55; CD, n=64). C Der Spiegel des TMIGD1-Proteins in der menschlichen Dickdarmschleimhaut. D UMAP-Diagramm mit einzelnen Zellen, die entsprechend den gemeinsamen nächstgelegenen benachbarten Clustern und Zelltypen eingefärbt sind, basierend auf der Einzelzellsequenzierung menschlicher Dickdarmbiopsieproben (n=9) aus dem GSE116222-Datensatz (links). Das Feature-Plot zeigt die TMIGD1-Expression, wobei jeder Punkt eine einzelne Zelle darstellt (Mitte). Relative mRNA-Expression von TMIGD1 in verschiedenen Zelltypen (rechts). E Repräsentative IHC-Bilder von TMIGD1-gefärbten Dickdarmabschnitten von NC und verschiedenen Stadien von CD. Maßstabsbalken, 200 μm (oben) und 50 μm (unten). F Die Färbungsintensität von TMIGD1-gefärbten Dickdarmschnitten (NC, n=13; CDAI<150, n=10; 150≤CDAI<220, n=12; 220≤CDAI<450, n=15; CDAI≥450, n =5). Die Färbeintensität des positiven Bereichs wurde mit der ImageJ-Software quantifiziert. G. Spearmans Korrelationsanalyse zwischen der Färbeintensität von TMIGD1 und CRP, SES-CD und GHAS (n=42). H Die Expression von Tmigd1-mRNA bei DSS-induzierter (Wasser, n=8 und DSS, n=10) und TNBS-induzierter (Alkohol, n=10; TNBS, n=10) Kolitis wurde mittels qPCR untersucht. I Die Expression des Tmigd1-Proteins bei DSS-induzierter (oben) und TNBS-induzierter (unten) Kolitis. J Die Expression des Tmigd1-Proteins bei DSS-induzierter (oben) und TNBS-induzierter (unten) Kolitis wurde über IHC gemessen. Maßstabsbalken, 100 μm. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. * p<0,05, *** p<0,001

Es wurden DSS- und TNBS-induzierte Colitis-Mäusemodelle etabliert. Es wurde eine Herunterregulierung sowohl der Tmigd1-mRNA (0,335-fach, p <0,001 bei DSS-induzierter Kolitis; 0,245-fach, p <0,001 bei TNBS-induzierter Kolitis) als auch der Proteinspiegel im murinen Dickdarmepithel festgestellt (Abb. 2H – J). Insgesamt könnte die Herunterregulierung von TMIGD1 eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von CD spielen.

Um die Rolle von TMIGD1 bei der CD-Entwicklung zu untersuchen, wurden Tmigd1INT-KO- und Tmigd1-floxed ohne Villin-Cre (WT)-Mäuse erzeugt (Zusatzdatei 1: Abb. S1). Tmigd1INT-KO-Mäuse mit DSS-induzierter Kolitis zeigten einen stärkeren Körpergewichtsverlust, stärkeren blutigen Durchfall, eine höhere Krankheitsaktivität und kürzere Doppelpunkte als DSS-behandelte WT-Mäuse (Abb. 3A – D, Zusatzdatei 1: Abb. S2A). Bei DSS-behandelten Tmigd1INT-KO-Mäusen wurden auch schwerwiegendere histologische Schäden wie Schäden am Dickdarmepithel und Infiltration von Lamina propria-Lymphozyten beobachtet (Abb. 3E, F). Darüber hinaus zeigten DSS-behandelte Tmigd1INT-KO-Mäuse schwerwiegendere endoskopische Schäden, wie z. B. Schleimhautblutungen, veränderte Gefäßmuster und Geschwüre (Abb. 3G, H). Als nächstes untersuchten wir, ob Tmigd1INT-KO-Mäuse anfälliger für TNBS-induzierte akute Kolitis waren. Im Vergleich zu WT-Mäusen verloren mit TNBS behandelte Tmigd1INT-KO-Mäuse mehr Körpergewicht und zeigten eine stärkere Verkürzung des Dickdarms (Abb. 3I – K, Zusatzdatei 1: Abb. S2B). Die histologische Analyse zeigte bei TNBS-behandelten Tmigd1INT-KO-Mäusen auch eine schwerwiegendere Gewebeschädigung mit einer Verzerrung der Drüsenarchitektur, Gewebeödemen und einer erhöhten Entzündungszellinfiltration (Abb. 3L und M).

Tmigd1INT-KO-Mäuse sind für chemisch induzierte akute Kolitis prädisponiert. A, B Körpergewicht und Disease Activity Index (DAI)-Score; WT+Wasser (n=8), Tmigd1INT-KO+Wasser (n=8), WT+DSS (n=10), Tmigd1INT-KO+DSS (n=12). C Repräsentative Bilder von Mäusedoppelpunkten. D Dickdarmlänge; WT+Wasser (n=8), Tmigd1INT-KO+Wasser (n=8), WT+DSS (n=10), Tmigd1INT-KO+DSS (n=12). E Repräsentative histopathologische Bilder des Dickdarms. Maßstabsbalken, 200 μm. F Histologische Ergebnisse; WT+Wasser (n=8), Tmigd1INT-KO+Wasser (n=8), WT+DSS (n=10), Tmigd1INT-KO+DSS (n=12). G Repräsentative Koloskopiebilder. H Endoskopische Ergebnisse. Jede Gruppe, n=3. I, J Körpergewicht und Dickdarmlänge; WT+Alkohol (n=10), Tmigd1INT-KO+Alkohol (n=10), WT+TNBS (n=10), Tmigd1INT-KO+TNBS (n=15). K Repräsentative Bilder von Mäusedoppelpunkten. L Repräsentative histopathologische Bilder des Dickdarms. Maßstabsbalken, 200 μm. M Histologische Ergebnisse; WT+Alkohol (n=10), Tmigd1INT-KO+Alkohol (n=10), WT+TNBS (n=10), Tmigd1INT-KO+TNBS (n=15). Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. ns, keine Signifikanz, * p<0,05, ** p<0,01, *** p<0,001

Um die biologische Funktion von fehlreguliertem TMIGD1 zu untersuchen, wurde eine transkriptomische Analyse von Dickdarmgewebe von DSS-behandelten Tmigd1INT-KO-Mäusen und DSS-behandelten WT-Wurfgeschwistern durchgeführt. Bei DSS-behandelten Tmigd1INT-KO-Mäusen wurde eine erhöhte Expression proinflammatorischer Zytokine (z. B. Ils, Cxcls und Ccls) und eine verringerte Expression von Epithelbarrieremarkern (z. B. Cdhs, Cldns und Tjps) beobachtet (Abb. 4A). Die Analyse der Genontologie (GO) ergab eine Anreicherung der Zell-Zell-Verbindungen, Entzündungsreaktionen und der TNF-Produktion (Abb. 4B). Wir haben Entzündungsmarker in vivo weiter untersucht. Sowohl Neutrophile als auch CD4+ T-Zellen waren im Dickdarmgewebe von Tmigd1INT-KO-Mäusen mit akuter Kolitis hochreguliert (Abb. 4C, Zusatzdatei 1: Abb. S2C-S2D). Darüber hinaus waren proinflammatorische Zytokine in den mit DSS und TNBS behandelten Tmigd1INT-KO-Mäusen bemerkenswert hochreguliert (Abb. 4D, Zusatzdatei 1: Abb. S2E-S2F). Was die Funktion der Schleimhautbarriere betrifft, zeigten DSS- und TNBS-behandelte Tmigd1INT-KO-Mäuse eine höhere transepitheliale Permeabilität von FD4 (Abb. 4E und Zusatzdatei 1: Abb. S3A). Das Dickdarmgewebe von Tmigd1INT-KO-Mäusen mit chemisch induzierter Kolitis zeigte verminderte Tight-Junction- und Adherence-Junction-Komplexproteine ​​(Zusatzdatei 1: Abb. S3B-S3G). Darüber hinaus zeigte TEM kürzere und weniger Mikrovilli, stärker beschädigte intrazelluläre Verbindungskomplexe und einen vergrößerten parazellulären Raum mit sackförmiger Dilatation bei DSS- und TNBS-behandelten Tmigd1INT-KO-Mäusen (Abb. 4F, G und Zusatzdatei 1: Abb. S3H-S3I). ).

Die Herunterregulierung von TMIGD1 verschlimmert Entzündungen und schwächt die Barrierefunktion des Darmepithels im entzündlichen Milieu. Eine transkriptomische Analyse von Genen, die mit der Funktion der Epithelbarriere und entzündlichen Zytokinen im Dickdarmgewebe von WT+DSS- und Tmigd1INT-KO+DSS-Mäusen zusammenhängen. B Die differenzierten Gene wurden gemäß Genontologie (GO)-Analyse mit Barrierefunktion und entzündungsrelevanten Zytokinen angereichert. C Myeloperoxidase (MPO)-Aktivität im Dickdarmgewebe; WT+Wasser (n=8), Tmigd1INT-KO+Wasser (n=8), WT+DSS (n=10), Tmigd1INT-KO+DSS (n=12); WT+Alkohol (n=10), Tmigd1INT-KO+Alkohol (n=10), WT+TNBS (n=10), Tmigd1INT-KO+TNBS (n=15). D Die TNF-α- und IL-6-Konzentrationen im Serum wurden mittels multiELISA getestet; Jede Gruppe, n=5. E Die Konzentration von Serum FD4; WT+Wasser (n=5), Tmigd1INT-KO+Wasser (n=5), WT+DSS (n=6), Tmigd1INT-KO+DSS (n=8). F Messung der Mikrovillilänge und der AJC-Lücken in Kolonepithelzellen mittels TEM. Jede Gruppe, n=3. G Repräsentative TEM-Bilder der Dickdarmschleimhaut. Die Pfeilspitzen zeigen AJC. Maßstabsbalken, 500 nm. H-, I-TEER- und FD4-Permeabilität des Caco2-Monoschicht-Zellmodells nach TNF-α-Stimulation. J, K Die Expression von AJC-Proteinen (J) und entzündungsrelevanter Zytokin-mRNA und AJC-mRNA (K) in NCM460-Zellen nach TNF-α-Stimulation. L Nach der TNF-α-Behandlung wurde die FD4-Permeabilität menschlicher Dickdarmorganoide mittels konfokaler Mikroskopie nachgewiesen. Maßstabsbalken, 100 μm. M Die FD4-Permeabilität von Kolonorganoiden von Tmigd1INT-KO- und WT-Mäusen wurde mittels konfokaler Mikroskopie vor und nach der TNF-α-Behandlung nachgewiesen. Maßstabsbalken, 100 μm. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. ns, keine Signifikanz, * p<0,05, ** p<0,01, *** p<0,001

Die biologische Funktion von TMIGD1 wurde auch in vitro bestätigt. Um zunächst festzustellen, welcher Entzündungsfaktor zur verminderten TMIGD1-Expression beitrug, behandelten wir NCM460- und Caco2-Zelllinien 48 Stunden lang mit CD-relevanten Zytokinen. Wir fanden heraus, dass nur TNF-α die TMIGD1-Expression in beiden Zelllinien signifikant herunterregulierte (Zusatzdatei 1: Abb. S4A). Darüber hinaus induzierte TNF-α dosisabhängig eine verringerte Expression von TMIGD1 (Zusatzdatei 1: Abb. S4B). Die 48-stündige Behandlung mit TNF-α (20 ng/ml) galt als wirksam und wurde für nachfolgende In-vitro-Experimente verwendet. Zweitens haben wir TEER und die parazelluläre FD4-Permeabilität im Caco2-Monoschicht-Zellmodell gemessen, um die Dichtheit der Verbindungen zwischen benachbarten Dickdarmzellen und die Barrierefunktion des Darmepithels zu bewerten. Im Vergleich zur Kontrollgruppe zeigten die TMIGD1-überexprimierenden Zellen nach der TNF-α-Behandlung einen erhöhten TEER und eine verringerte FD4-Permeabilität, wohingegen der Abbau von TMIGD1 zu einem verringerten TEER und einer erhöhten FD4-Permeabilität führte (Abb. 4H, I). Die Expression von AJC-Komponenten bestätigte auch, dass TMIGD1 die Barrierefunktion des Darmepithels nach der TNF-α-Behandlung schützte, was durch die Hochregulierung von CLDN3, CLDN4, ZO-1 und E-Cadherin in TMIGD1-überexprimierten Zellen belegt wurde (Abb. 4J, K, Zusatzdatei 1: Abb. S5A-S5B). Drittens wurden proinflammatorische Zytokine (z. B. IL-1β, IL-6 und TNF-α) in TMIGD1-überexprimierenden Zelllinien herunterreguliert und in TMIGD1-Knockdown-Zelllinien hochreguliert, was ein weiterer Hinweis darauf ist, dass TMIGD1 die Entzündung hemmt (Abb. 4K, Zusätzlich). Datei 1: Abb. S5B).

Schließlich haben wir mithilfe eines lentiviralen Systems TMIGD1-überexprimierte und TMIGD1-knockdown-menschliche Dickdarmorganoide erzeugt (Zusatzdatei 1: Abb. S5C-S5D). Nach 48-stündiger TNF-α-Behandlung wurde FD4 zum Kulturmedium gegeben und die Barrierefunktion bewertet. FD4 wurde ausschließlich in TMIGD1-Knockdown-Organoiden unter konfokaler Mikroskopie beobachtet, was darauf hindeutet, dass TMIGD1 zur Aufrechterhaltung der intakten Epithelintegrität beitrug (Abb. 4L). In ähnlicher Weise wurden Kolonorganoide von Tmigd1INT-KO- und WT-Mäusen erzeugt (Zusatzdatei 1: Abb. S5E-S5F). Nach TNF-α-Behandlung und FD4-Supplementierung zeigten Organoide von Tmigd1INT-KO-Mäusen intensivere intraluminale FD4-Signale als die von WT-Mäusen erzeugten (Abb. 4M).

Um die möglichen molekularen Mechanismen von TMIGD1 aufzuklären, haben wir NCM460- und Caco2-Zelllinien generiert, die FLAG-markiertes TMIGD1 überexprimieren (zusätzliche Datei 1: Abb. S6A). Immunaffinitätsreinigung (IP), Hochdurchsatz-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) und Proteomikanalyse wurden durchgeführt, um potenzielle TMIGD1-Proteininteraktionspartner zu identifizieren (Abb. 5A, Zusatzdatei 1: Abb. S6B). Unter den verschiedenen potenziellen Zielproteinen war BANF1 sowohl in NCM460- (15,8-fach) als auch in Caco2-Zelllinien (2,7-fach) angereichert und wurde als Hauptkandidat identifiziert (Abb. 5B, Zusatzdatei 1: Abb. S6C-S6E). Die direkte Wechselwirkung zwischen TMIGD1 und BANF1 wurde durch Co-Immunpräzipitation (Co-IP) und GST-Pulldown-Assays weiter bestätigt (Abb. 5C – E). Die Kolokalisierung von TMIGD1 und BANF1 im Zytoplasma unterstützte auch ihre direkte Interaktion (Abb. 5F). Sowohl TMIGD1 als auch BANF1 waren im Dickdarmepithel von Patienten mit Zöliakie im Vergleich zur Expression bei gesunden Personen verringert (Abb. 5G). Darüber hinaus wurde bei Tmigd1INT-KO-Mäusen im Vergleich zu WT-Mäusen, die entweder mit DSS oder TNBS behandelt wurden, eine signifikante Verringerung des BANF1-Proteinspiegels beobachtet (Abb. 5H, Zusatzdatei 1: Abb. S7A). Die BANF1-Spiegel stiegen nach der ektopischen Expression von TMIGD1 an, wohingegen nach TMIGD1-Knockdown in Zelllinien eine Abnahme von BANF1 festgestellt wurde (Abb. 5I, Zusatzdatei 1: Abb. S7B). Somit kann die TMIGD1-BANF1-Wechselwirkung synergistisch auf nachgeschaltete Signalwege wirken.

TMIGD1 interagiert direkt mit BANF1 und moduliert den NF-κB-Signalweg. Eine Silberfärbung identifizierte den TMIGD1-Proteinkomplex, der durch Anti-IgG- oder Anti-FLAG-Antikörper aus den Lysaten von NCM460-Zellen immunpräzipitiert wurde, die mit Lentivirus transfiziert wurden, das FLAG-markiertes TMIGD1 überexprimiert. Die Pfeilspitzen zeigen Banden von TMIGD1 und BANF1 an. B Proteomics-Analyse zeigte die 15 am stärksten angereicherten Proteine ​​aus dem Immunpräzipitat des Anti-FLAG-Antikörpers. C, D Immunpräzipitat durch Anti-FLAG-Antikörper (C) oder Anti-BANF1-Antikörper (D) aus den Lysaten von NCM460-Zellen, die mit Lentivirus transfiziert wurden, das FLAG-markiertes TMIGD1 überexprimiert. Als Input wurde IP-Lysat (10 %) verwendet. E-GST-Pulldown-Assays von gereinigten rekombinanten TMIGD1-GST- und BANF1-Flag-Proteinen. F, G Das konfokale Mikroskop zeigte die Kolokalisierung von TMIGD1 und BANF1 in NCM460-Zellen (F) und menschlicher Epithelschleimhaut (G). Maßstabsbalken, 20 μm für NCM460-Zellen und 100 μm für menschliche Epithelschleimhaut. H-Proteinspiegel von BANF1, p65 und phosphoryliertem p65. I Proteinspiegel von BANF1, p65 und phosphoryliertem p65 nach TNF-α-Stimulation in NCM460-Zellen. J GSEA zeigte eine signifikante Anreicherung des NF-κB-Signalwegs. K-Gene, die für den NF-κB-Signalweg relevant sind, wurden im Vergleich der WT+DSS- und Tmigd1INT-KO+DSS-Gruppen gemäß KEGG-Analyse angereichert. L Nach der TNF-α-Stimulation der p65-Proteinspiegel in zytoplasmatischen und nuklearen Fraktionen (unten) und Ergebnisse des Transkriptionsfaktor-Bindungstests von nuklearem p65 (oben) von NCM460-Zellen. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. *** p<0,001

Wir analysierten die transkriptomischen Daten, die aus den Dickdarmgeweben von Tmigd1INT-KO- und WT-Mäusen mit DSS-induzierter Kolitis gewonnen wurden. Die Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) und die Signalweganreicherungsanalyse der Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ergaben, dass der NF-κB-Signalweg in DSS-behandelten Tmigd1INT-KO-Mäusen signifikant angereichert war (Abb. 5J, K). Wie erwartet wurde die Phosphorylierung von p65 in DSS- und TNBS-induzierten Kolitismodellen nachgewiesen, und die Phosphorylierung von p65 stieg bei Tmigd1INT-KO-Mäusen im Vergleich zu WT-Mäusen signifikant an (Abb. 5H, Zusatzdatei 1: Abb. S7A). Darüber hinaus führte die Überexpression von TMIGD1 zu einer geringeren p65-Phosphorylierung in Ganzzellextrakten und zu einer Verringerung von p65 im Zellkern, was zu einer abgeschwächten DNA-Bindungsaktivität von Kern-p65 führte. Im Gegensatz dazu verstärkte der TMIGD1-Knockdown die p65-Phosphorylierung in Ganzzellextrakten, erhöhte die Akkumulation von p65 im Zellkern und aktivierte die DNA-Bindungsaktivität von Kern-p65 (Abb. 5I, L, Zusatzdatei 1: Abb. S7B-S7C). ). Andere Marker des NF-κB-Signalwegs (z. B. IKKα, IKKβ, IκBα und deren Phosphorylierung) blieben jedoch unverändert (Zusatzdatei 1: Abb. S7D). Daher legen unsere Daten nahe, dass TMIGD1 direkt an zytoplasmatisches BANF1 bindet und den NF-κB-Signalweg hemmt.

Das BANF1-Protein war in der entzündeten Dickdarmschleimhaut von Patienten mit CD-, DSS- und TNBS-induzierter Kolitis im Vergleich zu den entsprechenden Kontrollgruppen reduziert (Abb. 5G, H und 6A und Zusatzdatei 1: Abb. S7A). Um den Grund für die synchronisierte Proteinexpression zwischen TMIGD1 und BANF1 zu untersuchen, verwendeten wir 50 μg/ml Cycloheximid, um die Proteinsynthese in NCM460-Zellen zu hemmen, und beobachteten Veränderungen im BANF1-Proteinspiegel im Laufe der Zeit. Die Überexpression von TMIGD1 hielt die BANF1-Proteinspiegel aufrecht, indem sie den BANF1-Abbau hemmte, während der Abbau von TMIGD1 zu einem schnellen Abbau von BANF1 führte. Daher kann die TMIGD1-BANF1-Wechselwirkung dazu beitragen, die Expression von BANF1 aufrechtzuerhalten und BANF1 vor dem Abbau zu schützen (Abb. 6B).

BANF1 ist für TMIGD1 von entscheidender Bedeutung, um die Darmepithelbarriere aufrechtzuerhalten und Entzündungen über den NF-κB-Weg abzuschwächen. A Das Expressionsniveau des BANF1-Proteins im Dickdarmgewebe von Patienten mit Zöliakie und gesunden Personen. B Der Abbau des BANF1-Proteins in NCM460-Zellen, die mit 50 μg/ml CHX behandelt wurden, wurde bewertet. C-, D-TEER- und FD4-Permeabilität wurden nach TNF-α-Stimulation im Caco2-Monoschichtmodell gemessen. E, F Die Expressionsniveaus von AJC-Proteinen, p65 und phosphoryliertem p65 nach TNF-α-Stimulation in NCM460-Zellen. G-, H-TEER- und FD4-Permeabilität wurden nach TNF-α-Stimulation im Caco2-Monoschichtmodell gemessen. I, J Immunpräzipitat durch Anti-BANF1-Antikörper (I) und Anti-p65-Antikörper (J) aus den Lysaten von NCM460-Zellen. Als Input wurde IP-Lysat (10 %) verwendet. K Konfokalmikroskop, das die Kolokalisierung von BANF1 und p65 in NCM460-Zellen zeigt. Maßstabsbalken, 10 μm. L, M Nach TNF-α-Stimulation, Expression von p65 und BANF1 in zytoplasmatischen und nuklearen Fraktionen (links), Transkriptionsfaktor-Bindungsassay von nuklearem p65 (Mitte) und subzelluläre Lokalisierung von p65 (rechts) in NCM460-Zellen. Maßstabsbalken, 10 μm. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. ** p<0,01, *** p<0,001

Während der Abbau von TMIGD1 im Caco2-Monolayer-Zellmodell zu einem verringerten TEER und einer erhöhten FD4-Permeabilität führte, stellte die Überexpression von BANF1 in den TMIGD1-Knockdown-Zellen den TEER wieder her und verringerte die FD4-Permeabilität (Abb. 6C, D). Die Überexpression von BANF1 kehrte im Vergleich zur TMIGD1-Knockdown-Gruppe auch die herunterregulierten Expressionsniveaus von AJCs und die erhöhte Expression proinflammatorischer Zytokine signifikant um (Abb. 6E, Zusatzdatei 1: Abb. S8A, S8C und S8D). Im Gegensatz dazu zeigten TMIGD1-überexprimierte Zellen nach der Hemmung von BANF1 eine geschwächte Darmepithelbarrierefunktion, erhöhte proinflammatorische Zytokine und verringerte AJCs (Abb. 6F – H, Zusatzdatei 1: Abb. S8B–S8D). Daher ist BANF1 ein entscheidender Mediator für TMIGD1 bei der Aufrechterhaltung der Darmepithelbarriere und der Abschwächung von Entzündungen.

Die Protein-Protein-Wechselwirkung zwischen BANF1 und p65, dem Haupteffektor des NF-κB-Signalwegs, wurde durch Co-IP verifiziert (Abb. 6I, J). Dies wurde auch durch die Kolokalisierung von BANF1 und p65 unterstützt (Abb. 6K). Nach dem Abbau von TMIGD1 sanken die zytoplasmatischen BANF1-Spiegel deutlich. Die Überexpression von BANF1 führte jedoch zu einer verminderten p65-Phosphorylierung in Ganzzellextrakten, einer herunterregulierten nuklearen p65-Expression und einer abgeschwächten nuklearen p65-DNA-Bindungsaktivität (Abb. 6E und L, Zusatzdatei 1: Abb. S8A und S8E). Im Gegensatz dazu führte die Überexpression von TMIGD1 zu einer Hochregulierung des zytoplasmatischen BANF1. Die P65-Phosphorylierung in Ganzzellextrakten, die p65-Expression im Kern und die DNA-Bindungsaktivität von p65 im Kern wurden nach dem Abbau von BANF1 hochreguliert (Abb. 6F und M, Zusatzdatei 1: Abb. S8B und S8F). Insgesamt hielt TMIGD1 die Proteinexpression von BANF1 aufrecht. Zytoplasmisches BANF1 fing weiter p65 ein, hemmte die Translokation von p65 vom Zytoplasma in den Zellkern und verringerte schließlich die Phosphorylierung von p65 (S536). Folglich ist BANF1 für die TMIGD1-Funktion von entscheidender Bedeutung, indem es den NF-κB-Signalweg hemmt.

Da eine Verringerung der TMIGD1-BANF1-Interaktion über die Aktivierung des NF-κB-Signalwegs zu Funktionsstörungen der Darmbarriere und Entzündungen führte, untersuchten wir weiter, ob die Wiederherstellung der TMIGD1- und BANF1-Spiegel Entzündungen und die Funktion der Schleimhautbarriere retten könnte. Wir haben Adenovirus (ADV) intraperitoneal injiziert, um die TMIGD1- und BANF1-Expression bei Mäusen zwei Tage vor der Auslösung einer Kolitis mit DSS zu steigern. Nach der Wiederherstellung von TMIGD1 und BANF1 zeigten sowohl WT- als auch Tmigd1INT-KO-Mäuse mit Kolitis ein erhöhtes Körpergewicht und eine erhöhte Dickdarmlänge, weniger blutigen Durchfall und eine geringere Krankheitsaktivität (Abb. 7A – C, Zusatzdatei 1: Abb. S9A–S9C). Sie zeigten auch eine histologische Erholung mit einem normaler erscheinenden Epithel und einer geringeren Lymphozyteninfiltration (Abb. 7D, E). Darüber hinaus rettete die erneute Expression von TMIGD1 und BANF1 die Darmbarrierefunktion, was zu einem geringeren FD4-Fluss im Serum führte, begleitet von einer verstärkten Expression von AJCs (Abb. 7F, G, Zusatzdatei 1: Abb. S9D-S9E). In der Ultrastruktur bestätigte das Vorhandensein intakter intrazellulärer Verbindungskomplexe und gut erhaltener Mikrovilli ohne ernsthafte Verzerrung die therapeutische Wirkung der TMIGD1- und BANF1-Supplementierung (Abb. 7H, I). Die Wiederherstellung von TMIGD1 und BANF1 hemmte auch den NF-κB-Signalweg, reduzierte die Akkumulation von CD4+-T-Zellen und Neutrophilen und schwächte die proinflammatorische Zytokinausscheidung ab, insbesondere für Zytokine, die mit dem NF-κB-Signalweg in Zusammenhang stehen (Abb. 7J, K, Zusatzdatei 1: Abb. S9F-S9H).

Die Wiederherstellung von TMIGD1 und BANF1 lindert Entzündungen und stellt die Darmbarrierefunktion wieder her. A, B Körpergewicht und Dickdarmlänge. Die Pfeilspitze zeigt den Zeitpunkt an, zu dem ADV intraperitoneal injiziert wurde, um die TMIGD1- und BANF1-Expression in Mäusen zu steigern. Jede Gruppe, n=5. C Repräsentative Bilder von Doppelpunkten. D Histologische Ergebnisse. Jede Gruppe, n=5. E Repräsentative HE-Bilder des Dickdarms. Maßstabsbalken, 200 μm. F Die Konzentration von Serum-FD4. Jede Gruppe, n=5. G Repräsentative Bilder von ZO-1-gefärbten Dickdarmabschnitten. Maßstabsbalken, 100 μm. H Messung der Mikrovillilänge (oben) und der AJC-Lücken (unten) in Kolonepithelzellen mittels TEM. Jede Gruppe, n=3. I Repräsentative TEM-Bilder der Dickdarmschleimhaut. Die Pfeilspitzen zeigen AJC. Maßstabsbalken, 500 nm. J MPO-Aktivität im Dickdarmgewebe. Jede Gruppe, n=5. K Serum-TNF-α- und IL-6-Konzentrationen wurden mittels multiELISA nachgewiesen; Jede Gruppe, n=5. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. * p<0,05, ** p<0,01, *** p<0,001

TMIGD1 wurde durch TNF-α herunterreguliert und verringerte die durch TMIGD1 verstärkte TNF-α-Ausscheidung, was auf eine enge Beziehung zwischen TMIGD1 und TNF-α schließen lässt. Daher haben wir getestet, ob die TMIGD1-Expression bei Patienten mit CD mit dem Ansprechen auf eine Anti-TNF-Therapie verbunden ist. Vorläufige Beweise zur Stützung dieser Theorie wurden durch Analyse zweier veröffentlichter Transkriptomdatensätze erhalten: mononukleäre Lamina propria-Zellen (LPMCs) von Anti-TNF-Respondern und -Non-Respondern (GSE111761) [27] und Darmgewebe aus der RISK-Kohorte (GSE134881). [28]. Wir fanden heraus, dass der Ausgangswert von TMIGD1 bei therapienaiven Anti-TNF-Respondern in beiden Datensätzen signifikant erhöht war (Abb. 8A–D). In der RISK-Kohorte konnte die TMIGD1-Basisexpression unter Verwendung eines logistischen Modells (AUC = 0,745; 95 %-KI, 0,540–0,950; Abb. 8E) eine Anti-TNF-Reaktion mit einer Sensitivität von 77,2 % und einer Spezifität von 62,5 % vorhersagen. Darüber hinaus haben wir nachträglich Biopsien von Anti-TNF-Respondern und Non-Respondern mit ähnlicher Krankheitsaktivität vor der Anti-TNF-Therapie einbezogen (Zusatzdatei 1: Tabelle S6). IHC- und Western-Blot-Analysen ergaben eine Herunterregulierung von TMIGD1 in der entzündeten Dickdarmschleimhaut von Non-Respondern im Vergleich zu Respondern vor der Anti-TNF-Behandlung (Abb. 8F – H). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass TMIGD1 zu Studienbeginn ein potenzieller Biomarker zur Vorhersage des Ansprechens auf eine Anti-TNF-Behandlung war.

Die TMIGD1-Expression sagt das Ansprechen auf eine Anti-TNF-Behandlung voraus. A, B Heatmap und Boxplot von GSE111761, die unterschiedliche Baseline-Expressionen von mRNA in LPMCs von 3 auf Anti-TNF reagierenden Patienten mit CD und 3 Non-Respondern zeigen. C, D Heatmap und Boxplot des GSE134881-Datensatzes, die unterschiedliche Basisexpressionen von mRNA in Darmgeweben von auf Anti-TNF reagierenden (n=24) und nicht reagierenden (n=36) Patienten mit CD zeigen. E Receiver Operating Characteristic (ROC)-Kurve für die Vorhersage der Anti-TNF-Reaktion mit TMIGD1-mRNA-Basisexpression (AUC = 0,745, 95 %-KI: 0,540–0,950). F Die Expression des TMIGD1-Proteins im Dickdarmgewebe vor der Anti-TNF-Behandlung. G Repräsentative IHC-Bilder von TMIGD1-gefärbten Schnitten von Respondern und Non-Respondern vor der Anti-TNF-Behandlung. Maßstabsbalken, 200 μm (oben) und 50 μm (unten). H Die Färbungsintensität von TMIGD1-gefärbten Schnitten von Respondern (n=10) und Non-Respondern (n=10). Die Färbeintensität des positiven Bereichs wurde mit der ImageJ-Software quantifiziert. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt. * p<0,05, *** p<0,001

In der vorliegenden Studie haben wir gezeigt, dass TMIGD1 eine schützende Rolle bei der CD-Entwicklung spielt (Zusatzdatei 1: Abb. S10). Die Analyse der Multi-Omics-Integration zeigte, dass TMIGD1 negativ mit den entzündlichen Eigenschaften von CD assoziiert war. Die TMIGD1-Expression war in der entzündeten Dickdarmschleimhaut von Patienten mit Zöliakie und bei Mauskolitis deutlich verringert. Tmigd1INT-KO-Mäuse zeigten eine erhöhte Anfälligkeit für DSS-induzierte und TNBS-induzierte Kolitis. Darüber hinaus hemmte TMIGD1 Entzündungen und schützte die Darmbarrierefunktion bei CD. Im physiologischen Zustand interagierte TMIGD1 direkt mit zytoplasmatischem BANF1 und hielt die Proteinexpression von BANF1 aufrecht. Zytoplasmisches BANF1 fing weiter p65 ein, hemmte die p65-Translokation vom Zytoplasma zum Zellkern und unterdrückte schließlich die Aktivierung des NF-κB-Signalwegs. In einer entzündlichen Umgebung wurde jedoch die Transkription von TMIGD1 unterdrückt, und reduziertes TMIGD1 konnte nicht die oben erwähnte schützende Rolle spielen, wodurch Entzündungen und Schäden an der Schleimhautbarriere verschlimmert wurden. Schließlich trug die Wiederherstellung von TMIGD1 dazu bei, die Homöostase der Darmschleimhaut aufrechtzuerhalten. Die höhere Expression von TMIGD1 sagte ein Ansprechen auf eine Anti-TNF-Behandlung bei Patienten mit Zöliakie voraus. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass TMIGD1 ein therapeutisches Ziel für CD ist und möglicherweise die Optimierung der Anti-TNF-Therapie steuert.

Während der Pathogenese von CD führt der Abbau der Darmbarriere zu einer erhöhten Darmpermeabilität, dem Eindringen von Krankheitserregern und toxischen Substanzen, übermäßigen Immunreaktionen und chronischen Entzündungsreaktionen [29, 30]. Mit einer Molekülstruktur, die der der klassischen Unterfamilie der junktionalen Adhäsionsmoleküle ähnelt, spielt TMIGD1 wahrscheinlich eine ähnliche Rolle wie andere AJC-Proteine ​​bei der Integrität der Darmbarriere [8]. In unserer Studie haben wir die entzündungshemmende Rolle von TMIGD1 anhand der Multi-Omics auf Bevölkerungsebene identifiziert. Die Expression von TMIGD1 war negativ mit klinischen Indizes von Patienten mit Zöliakie assoziiert, wie z. B. CDAI, Serum-CRP, SES-CD und GHAS-Score. Darüber hinaus zeigten CD-Patienten, die TMIGD1-Genomvarianten trugen, höhere Werte an proinflammatorischen Proteinen. In der entzündlichen Umgebung wurde die Transkription von TMIGD1 unterdrückt. Ein verringertes TMIGD1 führte wiederum zu schweren Barriereschäden und einer verstärkten Entzündung und bildete so einen Teufelskreis. Im Gegensatz dazu linderte die Wiederherstellung der TMIGD1-Spiegel die Entzündung und stellte die Barrierefunktion und die Darmintegrität wieder her.

Frühere Studien zeigten, dass BANF1 ein hochkonserviertes, allgegenwärtiges und selbstassoziierendes Protein (9KD) war und als Dimer (19KD) fungierte [31]. BANF1 weist eine dynamische subzelluläre Verteilung im Zytoplasma, Nukleoplasma und Zellkern auf [32]. BANF1 hat aufgrund seiner Fähigkeit, sowohl DNA als auch Proteine ​​zu binden, zahlreiche Funktionen. Am wichtigsten ist, dass BANF1 die Genomintegrität schützt und den erfolgreichen Abschluss der Mitose gewährleistet [33]. BANF1 erfüllt auch eine entzündungshemmende Funktion. Bei Psoriasis unterdrückt die Translokation von BANF1 vom Zytoplasma in den Zellkern die Phosphorylierung von c-Jun und lindert Hautentzündungen [34]. In unserer Studie enthüllen wir eine neue Rolle von BANF1 und demonstrierten es als Bindeglied in der TMIGD1-BANF1-p65-Interaktion in Darmepithelzellen. Insbesondere bindet TMIGD1 direkt an zytoplasmatisches BANF1 und hält so die BANF1-Spiegel in Darmepithelzellen aufrecht. Anschließend fängt BANF1 zytoplasmatisches p65 ein, hemmt die Translokation von p65 vom Zytoplasma in den Zellkern und verringert so die Phosphorylierung von p65 (S536). Eine verringerte p65-Phosphorylierung verringert wiederum die Produktion von Zytokinen, die für den NF-κB-Signalweg relevant sind, und erhält die Barriereintegrität aufrecht, indem sie die AJC-Proteinproduktion fördert. Darüber hinaus fanden wir heraus, dass die Wiederherstellung von BANF1 für TMIGD1 wesentlich ist, um die Darmhomöostase in vitro und in vivo aufrechtzuerhalten. Allerdings sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die genauen Bindungsmotive zwischen TMIGD1, BANF1 und p65 zu identifizieren.

Derzeit ist die Anti-TNF-Therapie bei einem großen Teil der Patienten mit Zöliakie unwirksam [35]. Biomarker für das Ansprechen auf die Behandlung sind wichtig für die personalisierte Medizin, die die Wirksamkeit optimiert, das Risiko unerwünschter Ereignisse verringert und die Kosten für einen ausgewählten Patienten senkt [36]. Allerdings bleiben die meisten prädiktiven Faktoren in der klinischen Praxis umstritten. Unsere Studie ergab, dass die Herunterregulierung von TMIGD1 zur positiven Rückkopplungsschleife TNF-α-induzierter entzündlicher Verletzungen beiträgt. Die TMIGD1-Expression wurde durch TNF-α reduziert und diese Herunterregulierung führte zu unkontrolliertem TNF-α über den Verlust der Regulation des NF-κB-Signalwegs. Unser Ergebnis zeigte, dass TMIGD1 ein vielversprechender Biomarker war, da verringerte TMIGD1-Ausgangswerte in der Darmschleimhaut oder den LPMCs mit einem Nichtansprechen auf eine Anti-TNF-Therapie (z. B. Infliximab) bei Patienten mit Zöliakie verbunden waren. Ähnliche Untersuchungen sollten jedoch in Zukunft mit einer größeren Stichprobengröße wiederholt werden. Weitere Forschung ist außerdem erforderlich, um die Mechanismen aufzudecken, die dieser prädiktiven Beziehung zugrunde liegen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die TMIGD1-Expression negativ mit den entzündlichen Eigenschaften von Zöliakie assoziiert ist. TMIGD1 hemmt Entzündungen und erhält die Darmbarrierefunktion aufrecht, indem es direkt mit zytoplasmatischem BANF1 interagiert und anschließend den NF-κB-Signalweg inaktiviert. Unsere Studie legt nahe, dass TMIGD1 ein vielversprechendes therapeutisches Ziel für CD ist und die Optimierung der Anti-TNF-Therapie leiten könnte.

Alle mit dieser Studie verbundenen Daten waren in der Arbeit oder den zusätzlichen Dateien enthalten. Unser interner Datensatz (PRJNA860352 und PRJNA859794) und veröffentlichte Kohortendaten (die 1000IBD-Kohorte, GSE116222, GSE134881, GSE111761) konnten vom NCBI Gene Expression Omnibus (GEO, https://www.ncbi.nlm.nih.gov) heruntergeladen werden /geo/) und das 1000IBD-Projekt (https://ega-archive.org/studies/EGAS00001002702). Alle in dieser Studie generierten Datensätze oder Informationen sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

Adenovirus

Apikaler Verbindungskomplex

BAF-Kernmontagefaktor 1

Morbus Crohn

Aktivitätsindex für Morbus Crohn

C-reaktives Protein

Krankheitsaktivitätsindex

Dextransulfat-Natrium

4 kD Fluoresceinisothiocyanat-Dextran

Geboes-Histologie-Aktivitäts-Score

Interleukin

Immunaffinitätsreinigung

Quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion

Einfacher endoskopischer Score für Morbus Crohn

Elektrischer Widerstand des Transepithels

Transmissionselektronenmikroskopie

Transmembran- und Immunglobulindomänen enthaltendes Protein 1

Darmspezifisches Tmigd1-Knockout

2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure

Tumornekrosefaktor α

Schließzone 1

Mao R, Chen M. Präzisionsmedizin bei IBD: Gene, Medikamente, Bugs und Omics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2022;19:81–2.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Torres J, Mehandru S, Colombel JF, Peyrin-Biroulet L. Morbus Crohn. Lanzette. 2017;389:1741–55.

Artikel PubMed Google Scholar

Piovani D, Danese S, Peyrin-Biroulet L, Nikolopoulos GK, Lytras T, Bonovas S. Umweltrisikofaktoren für entzündliche Darmerkrankungen: eine umfassende Übersicht über Metaanalysen. Gastroenterologie. 2019;157:647-659.e4.

Artikel PubMed Google Scholar

Michaudel C, Sokol H. Die Darmmikrobiota im Dienste des Immunmetabolismus. Zellmetabolismus 2020;32:514–23.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Parikh K, Antanaviciute A, Fawkner-Corbett D, et al. Diversität der Dickdarmepithelzellen bei Gesundheit und entzündlichen Darmerkrankungen. Natur. 2019;567:49–55 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE116222 .

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mehandru S, Colombel JF. Die Darmbarriere, ein Schiedsrichter, der zum Provokateur bei IBD wurde. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2021;18:83–4.

Artikel PubMed Google Scholar

Landy J, Ronde E, English N, et al. Tight Junctions bei entzündlichen Darmerkrankungen und chronisch entzündlichen Darmerkrankungen bei Darmkrebs. Welt J Gastroenterol. 2016;22:3117–26.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Arafa E, Bondzie PA, Rezazadeh K, et al. TMIGD1 ist ein neuartiges Adhäsionsmolekül, das Epithelzellen vor oxidativen Zellschäden schützt. Bin J Pathol. 2015;185:2757–67.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hartmann C, Thüring EM, Greune L, et al. Die Bildung von Darmbürstenrändern erfordert einen TMIGD1-basierten intermikrovillaren Adhäsionskomplex. Sci-Signal. 2022;15:eabm2449.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Thüring EM, Hartmann C, Schwietzer YA, et al. TMIGD1: Neue Funktionen eines Tumorsuppressors und Adhäsionsrezeptors. Onkogen. 2023;42:1777–85.

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Hartmann C, Schwietzer YA, Kummer D, et al. Das mitochondriale Außenmembranprotein SYNJ2BP interagiert mit dem Zelladhäsionsmolekül TMIGD1 und kann es in Mitochondrien rekrutieren. BMC Mol Cell Biol. 2020;21:30.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rahimi N, Ho RXY, Chandler KB, et al. Das Zelladhäsionsmolekül TMIGD1 bindet an Moesin und reguliert die Tubulinacetylierung und Zellmigration. J Biomed Sci. 2021;28:61.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cattaneo E, Laczko E, Buffoli F, et al. Präinvasive kolorektale Läsionstranskriptome korrelieren mit der endoskopischen Morphologie (polypoid vs. nichtpolypoid). EMBO Mol Med. 2011;3:334–47.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

De La Cena KOC, Ho RX, Amraei R, et al. Transmembran- und Immunglobulindomäne, die 1, einen mutmaßlichen Tumorsuppressor, enthält, induziert den Checkpoint-Stillstand des G2/M-Zellzyklus in Dickdarmkrebszellen. Bin J Pathol. 2021;191:157–67.

Artikel PubMed Google Scholar

Zabana Y, Lorén V, Domènech E, et al. Transkriptomische Identifizierung von TMIGD1 und seine Beziehung zur Differenzierung der Ileumepithelzellen bei Morbus Crohn. Am J Physiol Gastrointest Leber Physiol. 2020;319:G109–20.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Fernando M, Paolo G, Rami E, et al. Dritter europäischer evidenzbasierter Konsens zur Diagnose und Behandlung von Colitis ulcerosa. Teil 1: Definitionen, Diagnose, extraintestinale Manifestationen, Schwangerschaft, Krebsüberwachung, Chirurgie und Erkrankungen des Ileo-Anal-Beutels. J Crohns Colitis. 2017;11:649–70.

Artikel Google Scholar

Lahiff C, Safaie P, Awais A, et al. Der Morbus Crohn-Aktivitätsindex (CDAI) ist bei Patienten mit Morbus Crohn und bei Patienten mit Reizdarmsyndrom gleichermaßen erhöht. Aliment Pharmacol Ther. 2013;37:786–94.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Daperno M, D'Haens G, Van Assche G, et al. Entwicklung und Validierung eines neuen, vereinfachten endoskopischen Aktivitätsscores für Morbus Crohn: der SES-CD. Gastrointest Endosc. 2004;60:505–12.

Artikel PubMed Google Scholar

D'Haens G, Geboes K, Peeters M, Baert F, Penninckx F, Rutgeerts P. Frühe Läsionen des rezidivierenden Morbus Crohn, verursacht durch Infusion von Darminhalt in ausgeschlossenes Ileum. Gastroenterologie. 1998;114:262–7.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Imhann F., Van der Velde KJ, Barbieri R. et al. Das 1000IBD-Projekt: Multi-Omics-Daten von 1000 Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen; Datenveröffentlichung 1. BMC Gastroenterol. 2019;19:5 https://ega-archive.org/studies/EGAS00001002702 .

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Hu S, Uniken Venema WT, Westra HJ, et al. Der Entzündungsstatus moduliert die Wirkung der genetischen Variation des Wirts auf die intestinale Genexpression bei entzündlichen Darmerkrankungen. Nat Commun. 2021;12:1122.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bourgonje AR, Hu S, Spekhorst LM, et al. Die Wirkung von Phänotyp und Genotyp auf das Plasmaproteom bei Patienten mit entzündlicher Darmerkrankung. J Crohns Colitis. 2022;16:414–29.

Artikel PubMed Google Scholar

Wirtz S., Popp V., Kindermann M. et al. Chemisch induzierte Mausmodelle für akute und chronische Darmentzündungen. Nat Prot 2017;12:1295-1309.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lukonin I, Serra D, Meylan LC, et al. Phänotypische Landschaft der Regeneration von Darmorganoiden. Natur. 2020;586:275-80.

Artikel CAS Google Scholar

Kerr TA, Ciorba MA, Matsumoto H, et al. Dextran-Natriumsulfat-Hemmung der Echtzeit-PCR-Amplifikation: eine Poly-a-Reinigungslösung. Inflamm Bowel Dis. 2012;18:344–8.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Xu P, Becker H, Elizalde M, Masclee A, Jonkers D. Das intestinale Organoid-Kulturmodell ist ein wertvolles System zur Untersuchung der epithelialen Barrierefunktion bei IBD. Darm. 2018;67:1905–6.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Schmitt H., Billmeier U., Dieterich W. et al. Die Ausbreitung von IL-23-Rezeptor-tragenden TNFR2+-T-Zellen ist mit einer molekularen Resistenz gegenüber einer Anti-TNF-Therapie bei Morbus Crohn verbunden. Darm. 2019;68:814–28 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE111761 .

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Martin JC, Chang C, Boschetti G, et al. Die Einzelzellanalyse von Morbus Crohn-Läsionen identifiziert ein pathogenes Zellmodul, das mit einer Resistenz gegen die Anti-TNF-Therapie verbunden ist. Zelle. 2019;178:1493-1508.e20 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE134881 .

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Luissint AC, Parkos CA, Nusrat A. Entzündung und Darmbarriere: Leukozyten-Epithelzell-Wechselwirkungen, Zellübergangsumgestaltung und Schleimhautreparatur. Gastroenterologie. 2016;151:616–32.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Schirmer M, Garner A, Vlamakis H, et al. Mikrobielle Gene und Signalwege bei entzündlichen Darmerkrankungen. Nat Rev Microbiol. 2019;17:497–511.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Margalit A, Brachner A, Gotzmann J, Foisner R, Grünbaum Y. Barrier-to-Autointegration-Faktor – ein verblüffendes kleines Protein. Trends Zellbiol. 2007;7:202–8.

Artikel Google Scholar

Marcelot A, Petitalot A, Ropars V, et al. Diphosphoryliertes BAF zeigt eine veränderte Strukturdynamik und Bindung an DNA, interagiert jedoch mit seinen Kernhüllenpartnern. Nukleinsäuren Res. 2021;49:3841–55.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Burgess JT, Cheong CM, Suraweera A, et al. Der Barrier-to-Autointegration-Faktor (Banf1) moduliert die Wahl des Reparaturwegs für DNA-Doppelstrangbrüche über die Regulierung der Aktivität der DNA-abhängigen Kinase (DNA-PK). Nukleinsäuren Res. 2021;49:3294–307.

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Takama H, Sugiura K, Ogawa Y, Muro Y, Akiyama M. Mögliche Rollen des Barrier-to-Autointegration-Faktors 1 bei der Regulierung der Keratinozytendifferenzierung und -proliferation. J Dermatol Sci. 2013;71:100–6.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Roblin X, Williet N, Boschetti G, et al. Zugabe von Azathioprin zum Wechsel von Anti-TNF bei Patienten mit IBD im klinischen Rückfall mit nicht nachweisbaren Anti-TNF-Talspiegeln und Anti-Arzneimittel-Antikörpern: eine prospektive randomisierte Studie. Darm. 2020;69:1206–12.

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Gisbert JP, María C. Prädiktoren für das primäre Ansprechen auf eine biologische Behandlung [Anti-TNF, Vedolizumab und Ustekinumab] bei Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen: von der Grundlagenforschung bis zur klinischen Praxis. J Crohns Colitis. 2019;14:694–709.

Artikel Google Scholar

Referenzen herunterladen

Wir danken Prof. Rinse K Weersma (Universität Groningen, Niederlande) für die Bereitstellung von Daten der 1000IBD-Kohorte.

Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (82170534 und 81870384) unterstützt.

Longyuan Zhou, Liguo Zhu, Xiaomin Wu und Shixian Hu trugen gleichermaßen zu der Arbeit bei.

Abteilung für Gastroenterologie, das erste angegliederte Krankenhaus der Sun Yat-Sen-Universität, Guangzhou, Guangdong, Volksrepublik China

Longyuan Zhou, Liguo Zhu, Xiaomin Wu, Shenghong Zhang, Min Ning und Minhu Chen

Institut für Präzisionsmedizin, das erste angegliederte Krankenhaus der Sun Yat-Sen-Universität, Guangzhou, Guangdong, Volksrepublik China

Shixian Hu

Staatliches Schlüssellabor für Verdauungskrankheiten, Institut für Verdauungskrankheiten und Abteilung für Medizin und Therapeutik, Li Ka Shing-Institut für Gesundheitswissenschaften, CUHK Shenzhen Research Institute, Chinesische Universität Hongkong, Sonderverwaltungszone Hongkong, China

Jun Yu

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MC konzipierte das Studienkonzept. MC und LZ1 haben die Studie entworfen. LZ1, LZ2 und XW führten Experimente durch. LZ1 und SH führten eine Datenanalyse durch und formatierten Abbildungen und Tabellen. LZ1 und LZ2 haben das Manuskript geschrieben. MC, JY, SZ und MN kommentierten die Studie und überarbeiteten das Manuskript. Alle Autoren stimmten der endgültigen Fassung des Manuskripts zu.

Korrespondenz mit Minhu Chen.

Die Humanstudie wurde vom Ethics Committee Institutional Board des First Affiliated Hospital der Sun Yat-sen University genehmigt und es wurde auch eine Einverständniserklärung aller Teilnehmer eingeholt ([2022] Nr. 252). Alle Tierversuchsprotokolle wurden vom Institutional Board der Ethikkommission des First Affiliated Hospital der Sun Yat-sen University genehmigt ([2021] Nr. 028).

Unzutreffend.

Die Autoren erklärten, dass sie keine konkurrierenden Interessen hätten.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Tabelle S1. Antikörper. Tabelle S2. In qPCR verwendete Primer. Tabelle S3. Klinische Merkmale von Patienten mit Zöliakie und gesunden Personen bei der Transkriptomsequenzierung. Tabelle S4. Klinische Merkmale von Patienten mit Zöliakie und gesunden Personen, analysiert auf TMIGD1-Expression. Tabelle S5. Klinische Merkmale von Patienten mit Zöliakie und gesunden Personen, die auf IHC-Färbung von TMIGD1 analysiert wurden. Tabelle S6. Klinische Merkmale von auf Anti-TNF ansprechenden und nicht ansprechenden Patienten mit Zöliakie vor der Anti-TNF-Behandlung. Abb. S1. Verifizierung von Tmigd1INT-KO-Mäusen. Abb. S2. Chemisch induzierte Kolitis bei Tmigd1INT-KO-Mäusen zeigt eine schwerere Entzündung. Abb. S3. Chemisch induzierte Kolitis bei Tmigd1INT-KO-Mäusen zeigt eine schwerwiegendere Barrierefunktionsstörung. Abb. S4. TMIGD1 wird nach TNF-α-Stimulation herunterreguliert. Abb. S5. TMIGD1 moduliert die Barrierefunktion und Entzündungen. Abb. S6. TMIGD1 bindet an BANF1. Abb. S7. TMIGD1 moduliert BANF1 und inaktiviert den NF-κB-Signalweg. Abb. S8. BANF1 ist für TMIGD1 von entscheidender Bedeutung, um die Barrierefunktion aufrechtzuerhalten und Entzündungen zu hemmen. Abb. S9. Die Wiederherstellung von TMIGD1 und BANF1 repariert die Barrierefunktion und lindert Entzündungen. Abb. S10. Das vorgeschlagene Modell für die Landschaft des TMIGD1-BANF1-NF-κB-Signalwegs bei CD.

Die cis-eQTL-Auswirkungen genomischer Varianten in der Nähe von TMIGD1 auf die TMIGD1-Expression im 1000IBD-Kohortendatensatz.

Der Zusammenhang zwischen cis-eQTL-Varianten und proinflammatorischen Proteinen von CD im Serum im 1000IBD-Kohortendatensatz.

Die unbeschnittenen Originalgele oder Western Blots der Figuren.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. Der Creative Commons Public Domain Dedication-Verzicht (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) gilt für die in diesem Artikel zur Verfügung gestellten Daten, sofern in einer Quellenangabe für die Daten nichts anderes angegeben ist.

Nachdrucke und Genehmigungen

Zhou, L., Zhu, L., Wu, X. et al. Verminderter TMIGD1 verschlimmert Kolitis und Funktionsstörungen der Darmbarriere über den BANF1-NF-κB-Signalweg bei Morbus Crohn. BMC Med 21, 287 (2023). https://doi.org/10.1186/s12916-023-02989-2

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Eingegangen: 16. Januar 2023

Angenommen: 20. Juli 2023

Veröffentlicht: 04. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12916-023-02989-2

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