Reduktion der p53-Familie und Zelltodinduktion durch E. coli in Darmepithelzellen als Mechanismus der Pathogenese der spontan bakteriellen Peritonitis

Hintergrund:

Die spontan bakterielle Peritonitis (SBP) ist eine Infektion der Aszitesflüssigkeit ohne erkennbare Infektionsquelle. Sie ist eine der häufigsten Komplikationen von Patienten mit Leberzirrhose und Aszites. Die SBP zeigt eine sehr hohe Ein-Jahres-Mortalität von bis zu 93%. Bis heute sind die genauen Pathomechanismen der SBP ungeklärt, doch man geht von einer bakteriellen Translokation aus dem Darmlumen in den Aszites aus. Die p53-Familie ist besonders für ihre tumorsuppressive Wirkung bekannt, doch sie spielt auch bei bakteriellen Infektionen eine Rolle, z.B. durch die Hemmung einer Entzündungsantwort. Um die Interaktion von Bakterien mit Darmepithelzellen besser zu verstehen, wurde die Regulation von p53 sowie die Induktion von Zelltod nach bakterieller Stimulation untersucht.

Methoden:

Die humane intestinale Epithelzelllinie HCT-116wt exprimiert wildtyp-p53 und p73. Sie wurde mit Escherichia coli (E. coli) in den Konzentrationen MOI0 bis MOI5 für 2 oder 4 Stunden koinkubiert. Zusätzlich wurden Transwell-Experimente durchgeführt, bei denen Zellen und Bakterien durch eine semipermeable Membran getrennt waren. Das Proteinniveau der p53-Familie wurde mittels Western Blot analysiert. Der Zelltod wurde nach Koinkubation mit E. coli, Bakterienüberstand oder Überstand von Zellen, die mit Bakterien vorbehandelt wurden, durchflusszytometrisch untersucht. Dabei wurden die Zellen vor Bakterienzugabe zum Teil mit verschiedenen Zelltod-Inhibitoren (zVAD-FMK, Necrostatin-1, Ferrostatin-1), Antioxidantien (Trolox, NAC), Cyclophilin-Inhibtoren (Ciclosporin A) und Metallchelatoren (BAPTA-AM, 2,2((#x0021))-Bipyridyl) behandelt.

Ergebnisse:

Koinkubation von HCT-116wt und E. coli bewirkte eine zeit- und dosisabhängige Abnahme der Proteinlevel von p53 und p73. Im Gegensatz dazu wurden im Transwell-Experiment die Proteinlevel nicht beeinflusst und auch hitzeinaktivierte Bakterien zeigten keinen Effekt. Trotz reduziertem p53-Level resultierte eine Behandlung mit E. coli in hohen Zelltod-Raten. Auch die Stimulation durch Überstände von mit E. coli vorbehandelten HCT-116wt löste Zelltod aus, allerdings in geringeren Maßen. Im Gegensatz dazu kam es durch bakterielle Überstände und auch durch hitzeinaktivierte Bakterien nicht zu vermehrtem Zelltod. Der Zelltod konnte durch zVAD-FMK, Necrostatin-1, Ferrostatin-1, Trolox, NAC, Ciclosporin oder BAPTA-AM nicht blockiert werden. Der Eisenchelator 2,2((#x0021))-Bipyridyl führte hingegen zu stark verminderten Zelltod-Raten (59% vs. 84%).

Schlussfolgerung:

Direkter Kontakt von Darmepithelzellen und vitalen Bakterien resultiert in einer Herabregulation der p53-Familie. Trotz vermindertem p53-Spiegel löst E. coli jedoch einen nicht-apoptotischen, aber möglicherweise Eisen-abhängigen Zelltod in HCT-116wt Zellen aus. Da bakterielle Überstände keinen Zelltod auslösen, liegt die Vermutung nahe, dass erst nach Kontakt zwischen Zellen und Bakterien entweder E. coli oder sogar HCT-116wt selbst löslich Substanzen produzieren, die den Zelluntergang einleiten. Im Rahmen einer Leberzirrhose kann dies einen bakteriellen Mechanismus darstellen, um sich vor der Immunabwehr zu schützen und in der Folge die intestinale Barriere zu überwinden und so eine SBP auszulösen.