Morphological, molecularbiological and functional characterization of neuromuscular alteratoins in diverticular disease
Final Report Abstract
Im Fortsetzungsantrag sollten die Untersuchungen zu neuromuskulären Veränderungen der Divertikelkrankheit mit verschiedenen methodischen Ansätzen (Histopathologie, Morphometrie, Molekularbiologie, Zellkultur) weitergeführt und abgeschlossen werden. Das Untersuchungskollektiv setzte sich hierbei aus Patienten mit Divertikulitis und Divertikulose zusammen. Die Untersuchungen zur Divertikulitis zeigten, dass neben der enterischen Neuropathie auch eine Myopathie vorliegt, die durch Verdickung, Fibrosierung, (ultra-)strukturelle Veränderungen und Myofilamentdefizit der glatten Muskulatur gekennzeichnet ist. Da der im Darm nachgewiesene neurotrophe Faktor GDNF muskulären Ursprungs ist, könnten diese Schädigungen der Darmmuskulatur Grund für das bei der Divertikulitis beobachtete GDNF- Defizit sein. Der neurotrophe Mangel könnte wiederum erklären, warum es zu einem Verlust von enterischen Nervenzellen und damit zu intestinalen Motilitätsstörungen bei der Divertikelkrankheit kommt. Ähnliche Mechanismen sind auch für weitere neurotrophe Faktoren (Neuregulin, Neurturin) zu erwarten, die ebenfalls ein Defizit bei Divertikulitis aufwiesen. Neben pathologischen Veränderungen der Initiatoren (enterische Nerven) und Effektoren (enterische Muskulatur) der intestinalen Peristaltik scheint auch die enterische Neurotransmission gestört zu sein. So ließen sich bei der Divertikulitis eine Herunterregulation synaptischer Vesikelmarker (SNAP25, Synaptophysin) sowie cholinerger Rezeptoruntereinheiten (nAChR-β4) aufzeigen. Die Tatsache, dass die S100ß-Expression in enterischen Ganglien sowie die T-Lymphozytenanzahl erhöht war, verweist einerseits auf die Bedeutung der entzündlichen Komponente der Divertikulitis für die neuromuskulären Veränderungen. Andererseits wurde postuliert, dass auch unabhängig von entzündlichen Prozessen bereits bei asymptomatischer Divertikulose neuromuskuläre Veränderungen vorliegen. So ließen sich bei diesem Patientenkollektiv ebenfalls strukturelle Pathologien der Darmwandmuskulatur auf licht- und elektronenmikroskopischer Ebene sowie eine Beeinträchtigung des GDNF-Systems nachweisen. Auch die enterische Neurotransmission schien bereits im Frühstadium der Divertikelkrankheit beeinträchtigt zu sein, da der synaptische Vesikelmarker Synaptophysin herunterreguliert war. Diese Daten stützen die Hypothese, derzufolge intestinale Innervationsund Motilitätsstörungen an der Pathogenese der Divertikelkrankheit primär beteiligt sind und nicht erst sekundär im Gefolge von entzündlichen Infiltraten auftreten. Komplementär zur Untersuchung der humanen Krankheitsbilder wurden in vitro Zellkulturmodelle entwickelt, um die zugrundeliegenden Mechanismus unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. So konnten GDNF, TGF-ß2, Neurturin und Neuregulin als neurotrophe Faktoren für kultivierte enterische Neurone charakterisiert werden, deren Verlust bzw. Verringerung ein Nervenzelldefizit in der Darmwand bedingen könnte. Darüber hinaus ließ sich an kultivierten enterischen Muskelzellen zeigen, dass der Wachstumsfaktor TGF-ß1 sowohl eine Differenzierung der Muskelzellen als auch die Expression des neurotrophen GDNF- Systems fördert - ein Befund, der die Auswirkungen eines GDNF-Defizits auf die Darmmuskulatur bei der Divertikelkrankheit stützt. Mit dem multimodalen Forschungsansatz wurde das Spektrum der neuromuskulären Veränderungen bei der Divertikelkrankheit detailliert charakterisiert, um daraus einerseits neue Erkenntnisse zur Pathogenese gewinnen und andererseits innovative Konzepte für prophylaktische und (pharmako)-therapeutische Ansätze ableiten zu können. Diese Rationale konnte u.a. dadurch fundiert werden, dass enterische Neuro- und Myopathien offenbar frühzeitig die Divertikelausbildung begleiten und ggf. mitverursachen. Zeitliche Verzögerungen des Arbeitsprogrammes haben sich durch Mutterschutz und Elternzeit von wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen ergeben, technische Schwierigkeiten ergaben sich bei der Analyse einiger synaptischer Vesikelmarker, deren Signale nicht die erforderliche Reliabilität ergaben. Neben den üblichen wissenschaftlichen Veröffentlichungen ist es gelungen, für die aktuelle Leitlinie zur Divertikelkrankheit das Kapitel "Anatomie, Pathologie, Pathogenese" federführend zu konzipieren sowie eine Bewilligung für das DFG-Projekt "ldentifizierung genetischer Risikofaktoren für Divertikulose und Divertikulitis" zu erhalten, bei dem zusammen mit 4 Kooperationspartnern aus Deutschland und 2 Kooperationspartnern aus Österreich eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) bei Patienten mit Divertikulose und Divertikulitis durchgeführt werden soll.
Publications
- Expression and function of the Transforming Growth Factor-b system in the human and rat enteric nervous system. Neurogastroenterol Motil 2013;25:601-e464
Hagl C, Schäfer KH, Hellwig I, Barrenschee M, Harde J, Holtmann M, Porschek S, Egberts JH, Becker T, Wedel T, Böttner M
(See online at https://doi.org/10.1111/nmo.12119) - GDNF induces synaptic vesicle markers in enteric neurons. Neurosci Res 2013;77:128-36
Böttner M, Harde J, Barrenschee M, Hellwig I, Vogel I, Ebsen M, Wedel T
(See online at https://doi.org/10.1016/j.neures.2013.08.012) - Sitespecific gene expression and localization of the growth factor ligand receptors RET, GFRα1 and GFRα2 in the human adult colon. Cell Tissue Res 2013;354:371-80
Barrenschee M, Böttner M, Hellwig I, Jonas H, Egberts JH, Becker T, Wedel T
- The GDNF system is altered in diverticular disease – implications for pathogenesis. PLos One 2013;8:e66290
Böttner M, Barrenschee M, Hellwig I, Harde J, Egberts J-H., Becker T, Zorenkov D, Schäfer K-H, Wedel T
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0066290) - Alterations of the enteric smooth musculature in diverticular disease. J Gastroenterol 2014;49:1241-52
Hellwig I, Böttner M, Barrenschee M, Harde J, Egberts JH, Becker T, Wedel T
(See online at https://doi.org/10.1007/s00535-013-0886-y) - Anatomie und Pathogenese der Divertikelkrankheit. Chirurg 2014;85:281-8
Wedel T, Böttner M
(See online at https://doi.org/10.1007/s00104-013-2617-6) - S2k-Leitlinie Divertikelkrankheit/Divertikulitis. Z Gastroenterol 2014;52:663-710
Leifeld L, Germer CT, Böhm S, Dumoulin FL, Häuser W, Kreis M, Labenz J, Lembcke B, Post S, Reinshagen M, Ritz JP, Sauerbruch T, Wedel T, von Rahden B, Kruis W, Kruis W, Germer W
(See online at https://doi.org/10.1055/s-0034-1366692) - Diverticular disease - new insights into pathogenesis. Dtsch Med Wochenschr. 2015;140:1347-52
Wedel T, Barrenschee M, Cossais F, Lange C, Böttner M
(See online at https://doi.org/10.1055/s-0041-103915) - Expression and function of Neuregulin 1 and its signaling system ERBB2/3 in the enteric nervous system. Front Cell Neurosci. 2015;9:360
Barrenschee M, Lange C, Cossais F, Egberts JH, Becker T, Wedel T, Böttner M
(See online at https://doi.org/10.3389/fncel.2015.00360) - Morphologic Basis for Developing Diverticular Disease, Diverticulitis, and Diverticular Bleeding. Viszeralmedizin. 2015;31:76-82
Wedel T, Barrenschee M, Lange C, Cossais F, Böttner M
(See online at https://doi.org/10.1159/000381431) - SNAP 25 is abundantly expressed in enteric neuronal networks and upregulated by the neurotrophic factor GDNF. Histochem Cell Biol 2015;143:611-23
Barrenschee M, Böttner M, Harde J, Lange C, Cossais F, Ebsen M, Vogel I, Wedel T
(See online at https://doi.org/10.1007/s00418-015-1310-x) - No neuronal loss, but alterations of the GDNF system in asymptomatic diverticulosis. PLoS One 2017;12
Barrenschee M, Wedel T, Lange C, Hohmeier I, Cossais F, Ebsen M, Vogel I, Böttner M
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171416)
