Title (eng)
Combinatory effects of the mycotoxins alternariol and deoxynivalenol and the microbial metabolite urolithin A on the integrity of the intestinal epithelial barrier in Caco 2 cells
Parallel title (deu)
Kombinatorische Effekte der Mykotoxine Alternariol und Deoxynivalenol und des mikrobiellen Metaboliten Urolithin A auf die Integrität der intestinalen Epithelbarriere in Caco-2 Zellen
Author
Carina Seidl
Advisor
Doris Marko
Assessor
Doris Marko
Abstract (deu)
Der Befall durch Schimmelpilze und die weitere Kontamination mit Mykotoxinen ist ein weltweites Problem, das pro Jahr etwa 25 % aller Nutzpflanzen betrifft. Derartige Kontaminanten bedeuten nicht nur einen möglichen Verlust von Rohstoffen, sondern stellen zum Teil auch ein gravierendes Gesundheitsrisiko für Mensch und Tier dar. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stand der Einfluss der beiden prominenten Mykotoxine Deoxynivalenol (DON) und Alternariol (AOH) auf die Darmbarriere. Die Darmgesundheit und der dafür ausschlaggebende Entzündungsstatus hängen stark mit der Ernährung, aber auch dem Mikrobiom, zusammen. Daher wurde zusätzlich der Einfluss von Urolithin A (UroA), einem mikrobiellen Metaboliten der polyphenolischen Ellagitannine, auf die Darmbarriere untersucht. Es wurden unter anderem Enzymaktivitäten von CYP-Isoformen sowie Proteinexpression von CYP1A1 und dem Tight Junction Protein ZO-1 untersucht, da diese auf molekularer Ebene zur Barrierefunktion beitragen. Differenzierte Caco-2 Zellen bildeten das in vitro Model eines humanen Darmepithels. Die Experimente zeigten, dass UroA sowie AOH, mit einer Konzentration von 25 µM, die Enzymaktivität im EROD Assay nach 48 h signifikant erhöhen. In Kombination mit 2.5 µM DON blieben die Aktivitätslevel auf dem Niveau der Kontrolle. Gleichzeitig verringerte die Exposition gegenüber DON und AOH allein die Proteinexpression von CYP1A1 und von ZO 1. In Kombination miteinander, aber auch zusammen mit UroA, zeigten AOH und DON keinen Effekt auf die Expression von CYP1A1. Die Proteinexpression von ZO-1 hingegen übertraf das Level der Kontrolle sowie das von mindestens einer der Einzelsubstanzen in allen drei Szenarien binärer Kombination (AOH + DON, AOH + UroA, DON + UroA). Des Weiteren konnte bewiesen werden, dass sowohl UroA als auch AOH Regulatoren des Aryl Hydrocarbon-Rezeptors (AhR) sind. Mithilfe des AhR-Antagonisten CH223191 wurde gezeigt, dass der Effekt von AOH und UroA auf die EROD-Enzymaktivität AhR abhängig ist und im Fall von AOH auch der Effekt auf die untersuchte Proteinexpression. Die Ergebnisse dieser Studie veranschaulichen, dass Lebensmittelkontaminanten wie Mykotoxine gezielt die Darmbarriere angreifen. Darüber hinaus konnten auch mögliche Ansätze aufgezeigt werden, dem entgegenzuwirken, beispielsweise durch gezielte Regulierung involvierter Signalwege oder die Einnahme bioaktiver Substanzen, die sich in die natürliche, menschliche Ernährung einbauen lassen.
Abstract (eng)
The infestation with moulds and consequent contamination with mycotoxins is a problem that affects about 25 % of the global crop production each year. Not only do these contaminants cause loss of production, many of them also harbour extensive risks for human and animal health. This work investigated the impact of two frequently detected mycotoxins, deoxynivalenol (DON) and alternariol (AOH), on the intestinal barrier. The health status of the intestine together with its intertwined inflammatory state strongly correlates with our nutrition but also our microbiome. That is why urolithin A (UroA), a microbial metabolite formed from polyphenolic ellagitannins, was included in addition. Amongst the examined parameters were the enzyme activity of a group of CYP isoforms as well as protein expression of CYP1A1 and the tight junction protein ZO-1. These are factors contributing to the barrier function on a molecular level and were investigated in an in vitro model of differentiated Caco-2 cells mimicking the human intestinal epithelium. The results revealed that UroA as well as AOH, at a concentration of 25 µM each, significantly increased enzyme activity in a 7 ethoxy-resorufin-O-deethylase (EROD) assay after 48 h of incubation. When combined with 2.5 µM DON, enzyme activity remained at control level. Simultaneously, exposure to DON and AOH alone led to a decrease in the protein expression of CYP1A1 and ZO-1. Different scenarios of binary treatment with AOH, DON and UroA did not affect CYP1A1 protein levels. However, all binary combinations yielded elevated protein expressions of ZO-1 compared to the control and at least one of the respective substances alone. Further, it could be confirmed that AOH and UroA act as regulators of the aryl hydrocarbon receptor (AhR). The effect of AOH and UroA on EROD enzyme activity was shown to be AhR-dependent through the application of the AhR antagonist CH223191. For AOH, AhR dependency was also determined for the expression of the assessed proteins. The results of this study demonstrate that food contaminants such as mycotoxins pointedly attack the intestinal barrier. Beyond that, possible approaches to counteract such impairments are discussed. These might include targeted modification of involved signalling pathways or the implementation of natural, bioactive substances into the human diet.
Keywords (deu)
MykotoxineAlternariolDeoxynivalenolmikrobielle MetaboliteUrolithin Aintestinales EpithelEpithelbarrier
Keywords (eng)
mycotoxinsalternarioldeoxynivalenolmicrobial metaboliteurolithin Aintestinal epitheliumepithelial barrier
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1682224
rdau:P60550 (deu)
74 Seiten : Illustrationen
Number of pages
74
Association (deu)
Title (eng)
Combinatory effects of the mycotoxins alternariol and deoxynivalenol and the microbial metabolite urolithin A on the integrity of the intestinal epithelial barrier in Caco 2 cells
Parallel title (deu)
Kombinatorische Effekte der Mykotoxine Alternariol und Deoxynivalenol und des mikrobiellen Metaboliten Urolithin A auf die Integrität der intestinalen Epithelbarriere in Caco-2 Zellen
Author
Carina Seidl
Abstract (deu)
Der Befall durch Schimmelpilze und die weitere Kontamination mit Mykotoxinen ist ein weltweites Problem, das pro Jahr etwa 25 % aller Nutzpflanzen betrifft. Derartige Kontaminanten bedeuten nicht nur einen möglichen Verlust von Rohstoffen, sondern stellen zum Teil auch ein gravierendes Gesundheitsrisiko für Mensch und Tier dar. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stand der Einfluss der beiden prominenten Mykotoxine Deoxynivalenol (DON) und Alternariol (AOH) auf die Darmbarriere. Die Darmgesundheit und der dafür ausschlaggebende Entzündungsstatus hängen stark mit der Ernährung, aber auch dem Mikrobiom, zusammen. Daher wurde zusätzlich der Einfluss von Urolithin A (UroA), einem mikrobiellen Metaboliten der polyphenolischen Ellagitannine, auf die Darmbarriere untersucht. Es wurden unter anderem Enzymaktivitäten von CYP-Isoformen sowie Proteinexpression von CYP1A1 und dem Tight Junction Protein ZO-1 untersucht, da diese auf molekularer Ebene zur Barrierefunktion beitragen. Differenzierte Caco-2 Zellen bildeten das in vitro Model eines humanen Darmepithels. Die Experimente zeigten, dass UroA sowie AOH, mit einer Konzentration von 25 µM, die Enzymaktivität im EROD Assay nach 48 h signifikant erhöhen. In Kombination mit 2.5 µM DON blieben die Aktivitätslevel auf dem Niveau der Kontrolle. Gleichzeitig verringerte die Exposition gegenüber DON und AOH allein die Proteinexpression von CYP1A1 und von ZO 1. In Kombination miteinander, aber auch zusammen mit UroA, zeigten AOH und DON keinen Effekt auf die Expression von CYP1A1. Die Proteinexpression von ZO-1 hingegen übertraf das Level der Kontrolle sowie das von mindestens einer der Einzelsubstanzen in allen drei Szenarien binärer Kombination (AOH + DON, AOH + UroA, DON + UroA). Des Weiteren konnte bewiesen werden, dass sowohl UroA als auch AOH Regulatoren des Aryl Hydrocarbon-Rezeptors (AhR) sind. Mithilfe des AhR-Antagonisten CH223191 wurde gezeigt, dass der Effekt von AOH und UroA auf die EROD-Enzymaktivität AhR abhängig ist und im Fall von AOH auch der Effekt auf die untersuchte Proteinexpression. Die Ergebnisse dieser Studie veranschaulichen, dass Lebensmittelkontaminanten wie Mykotoxine gezielt die Darmbarriere angreifen. Darüber hinaus konnten auch mögliche Ansätze aufgezeigt werden, dem entgegenzuwirken, beispielsweise durch gezielte Regulierung involvierter Signalwege oder die Einnahme bioaktiver Substanzen, die sich in die natürliche, menschliche Ernährung einbauen lassen.
Abstract (eng)
The infestation with moulds and consequent contamination with mycotoxins is a problem that affects about 25 % of the global crop production each year. Not only do these contaminants cause loss of production, many of them also harbour extensive risks for human and animal health. This work investigated the impact of two frequently detected mycotoxins, deoxynivalenol (DON) and alternariol (AOH), on the intestinal barrier. The health status of the intestine together with its intertwined inflammatory state strongly correlates with our nutrition but also our microbiome. That is why urolithin A (UroA), a microbial metabolite formed from polyphenolic ellagitannins, was included in addition. Amongst the examined parameters were the enzyme activity of a group of CYP isoforms as well as protein expression of CYP1A1 and the tight junction protein ZO-1. These are factors contributing to the barrier function on a molecular level and were investigated in an in vitro model of differentiated Caco-2 cells mimicking the human intestinal epithelium. The results revealed that UroA as well as AOH, at a concentration of 25 µM each, significantly increased enzyme activity in a 7 ethoxy-resorufin-O-deethylase (EROD) assay after 48 h of incubation. When combined with 2.5 µM DON, enzyme activity remained at control level. Simultaneously, exposure to DON and AOH alone led to a decrease in the protein expression of CYP1A1 and ZO-1. Different scenarios of binary treatment with AOH, DON and UroA did not affect CYP1A1 protein levels. However, all binary combinations yielded elevated protein expressions of ZO-1 compared to the control and at least one of the respective substances alone. Further, it could be confirmed that AOH and UroA act as regulators of the aryl hydrocarbon receptor (AhR). The effect of AOH and UroA on EROD enzyme activity was shown to be AhR-dependent through the application of the AhR antagonist CH223191. For AOH, AhR dependency was also determined for the expression of the assessed proteins. The results of this study demonstrate that food contaminants such as mycotoxins pointedly attack the intestinal barrier. Beyond that, possible approaches to counteract such impairments are discussed. These might include targeted modification of involved signalling pathways or the implementation of natural, bioactive substances into the human diet.
Keywords (deu)
MykotoxineAlternariolDeoxynivalenolmikrobielle MetaboliteUrolithin Aintestinales EpithelEpithelbarrier
Keywords (eng)
mycotoxinsalternarioldeoxynivalenolmicrobial metaboliteurolithin Aintestinal epitheliumepithelial barrier
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
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https://phaidra.univie.ac.at/o:1745767
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74
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