The role of dietary iron for intestinal immune responses in murine colitis model

Markota, Anamarija

Anamarija Markota

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Original title:: The role of dietary iron for intestinal immune responses in murine colitis model
Translated title:: Die Rolle diätetischen Eisens in intestinalen Immunoantworten in Kolitismodellen der Maus
Author:: Markota, Anamarija
Year:: 2016
Document type:: Dissertation
Faculty/School:: Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan
Advisor:: Haller, Dirk (Prof. Dr.)
Referee:: Haller, Dirk (Prof. Dr.); Krug, Anne (Prof. Dr.)
Language:: en
Subject group:: MED Medizin
TUM classification:: OEK 100d; LEB 050d
Abstract:: Inflammatory bowel disease is an idiopathic disorder characterized by excessive inflammation of the gastrointestinal tract as a result of the complex interplay between commensal microbiota and environmental factors in genetically predisposed host. Some aspects of Westernized lifestyle such as smoking and Western diet pattern have been identified as potential risk factors for development of IBD. Along with this, high intake of iron rich foods such as red meat as well as oral iron therapy was shown to correlate with increased disease activity among IBD patients. Although it has been suggested that dietary iron may enhance intestinal inflammation by induction of oxidative stress, the link between luminal iron exposure and the intestinal immune system remains to be elucidated. In the present study, the potential protective role of dietary iron depletion was tested in T cell dependant and independent colitis models with main focus on the impact of iron on the colonic DCs and macrophages and their interaction with the T cells in the gut. To accomplish this, lymphopenic Rag1^-/- mice, lacking B and T cells, and WT (C57BL/6) mice were treated with iron adequate diets (FeSO₄ or hemin)or iron depleted experimental diet followed by colitis induction by T cell transfer or dextran sodium sulphate (DSS) respectively. Data presented in this study clearly show that dietary iron deprivation did not affect colitis development in both T cell transfer mediated and DSS induced colitis models. Bodyweight measurements, clinical scoring and cytokine profiling on the mRNA level showed similar colitis activity regardless of the dietary iron content, during T cell induced colitis. Histological analysis demonstrated similar level of intestinal tissue disruption with presence of the epithelial damage and leukocyte infiltration. FACs analysis of colon immune cells showed that luminal iron depletion had no effect on the composition of colonic macrophage and DC compartment in steady state. Although T cell transfer mediated intestinal inflammation induced leukocyte infiltration and contributed to the expansion of CD64⁺CD11b⁺both Ly6C^highMHCII⁺ and Ly6C⁺MHCII^-macrophages in the colon, luminal iron content did not affect this process. Furthermore, T cell infiltration, T_Reg abundance and effector T_H1/T_H17 cell differentiation was also not affected by changes in dietary iron content during T cell transfer induced colitis. Despite previous studies showing colitis aggravation as a result of dietary iron fortification in chemically induced colitis models, WT mice treated with iron depleted diet developed severe colitis accompanied with significant bodyweight loss, disease activity and colon shortening that was comparable to the mice held on the same type of diet containing FeSO₄ as a source of iron. In conclusion, the results obtained throughout this study do not support the concept of potential protective role of dietary iron reduction against colitis development since luminal iron depletion did not prevent development of the intestinal inflammation in T cell transfer and DSS induced colitis models.
Translated abstract:: Die chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, die weiterhin eine zunehmende Inzidenz zeigen, werden durch ein komplexes Zusammenspiel von Umweltfaktoren, intestinaler Mikrobiota und genetischer Prädisposition hervorgerufen. Einige Aspekte des sogenannten "westlichen" Lebensstils, wie zum Beispiel das Rauchen und die "westliche" Ernährung sind mögliche Risikofaktoren für die Entstehung von CED. Klinische Beobachtungen und kleinere Studien weisen auf einen Zusammenhang zwischen eisenreichen Ernährung durch Konsum von roten Fleisch oder oraler Eisensubstitution und Entzündungsaktivität bei CED- Patienten hin. Experimentelle Studien zeigen, dass eine eisenreiche Nahrung die Darmentzündungsaktivität durch Induktion des oxidativen Stress verstärken kann. Der Einfluss der Eisenexposition im Darm auf das Darm-Immunosystem bei der Entwicklung einer Darmentzündung ist bisher nicht genau untersucht worden. In dieser Arbeit wurde die mögliche protektive Rolle einer eisenarmen Ernährung bei T-Zell-abhängiger und T-Zell-unabhängiger Darmentzündung in Kolitismodellen der Maus untersucht. Dabei wurde vor allem der Einfluss des Eisengehalts im Darmlumen auf die Frequenz und Zusammensetzung der dendritischen Zellen (DC) und Makrophagen-Subpopulationen sowie auf die T-Zellantwort im Darm untersucht. Dafür wurden Rag1-knockout Mäuse, dennen T- und B-Lymphozyten fehlen, sowie Wildtyp Mäuse des C57BL/6-Stamms für 6-9 Wochen mit experimentellen Futter behandelt, das entweder < 10 mg/kg Eisen oder 180 mg/kg Eisen in Form von Eisensulfat oder Hämeisen enthielt. In den so behandelten Mäusen wurde dann durch Injektion von CD4+CD62L+ T-Zellen oder Gabe von Dextransodiumsulfat (DSS= im Trinkwasser eine Kolitis induziert. Die Kolitisaktivität wurde durch Bestimmung des Gewichtsverlusts, des klinischen Score und des histologischen Score bestimmt. Zusätzlich wurde die Frequenz der DC-und Makrophagen-Subpopulationen sowie der T-Zellen im Colon bestimmt und die Zytokinesexpression im Gewebe sowie in den T-Lymphozyten nach Restimulation gemessen. Die klinische Kolitisaktivität und die Induktion inflammatorischer Zytokine im T-Zelltransfer-Kolitismodell war in den drei Gruppen vergleichbar. Due histologische Untersuchung des Kolons zeigte ebenfalls eine ähnliche Zerstörung des Darmepithels und Leukozyteninfiltration unabhängig vom Eisengehalt oder der Form des Eisens im Futter. Die durchflusszytometrische Untersuchung der Zellinfiltrate im Kolon zeigte, das die Reduktion des Eisengehalts im Futter keinen wesentlichen Einfluss auf die Frequenz und Zusammensetzung des DC- und Makrophagenkompartiment hatte. Nach Kolitisinduktion war eie Expansion der CD64⁺CD11b⁺ Ly6C^highMHCII⁺ und Ly6C^highMHCII^- Makrophagen im Kolon in allen drei Gruppen zu beobachten. Die T-Zellinfiltration und die Frequenz der regulatorischen T-Zellen und Effektor T_H1/T^H17-Zellen wurde durch den unterschiedlichen Eisengehalt der Nahrung ebenfalls nicht beeinflusst. Im DSS-Kolitismodell entwickelte sowohl die Versuchsgruppe mit eisenarmem Futter als auch die Kontrollgruppe mit Eisensulfat-supplementiertem Futter eine akute Kolitis mit ähnlicher klinischer und histologischer Aktivität. In den zwei Kolitismodellen konnte also protektiver Effekt einer einsenreduzierten Ernährung festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen daher das Konzept einer Reduktion des Eisengehalts der Nahrung oder Vermeidung oraler Eisensubstitution zur Verminderung der Entzündungsaktivität und -frequenz bei CED nicht.
WWW:: https://mediatum.ub.tum.de/?id=1290534
Date of submission:: 09.02.2016
Oral examination:: 27.04.2016
File size:: 4090960 bytes
Pages:: 144
Urn (citeable URL):: https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20160427-1290534-1-6
Last change:: 20.09.2016
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