1\. Einleitung 4 1.1. Aufbau und Funktion der intestinalen Barriere 4 1.2.
Chronisch entzündliche Darmerkrankungen 7 1.3. Galektine 8 1.4. Galektin-2 und
Galektin-4 11 1.5. Zielsetzung der Arbeit 12 2\. Ergebnisse 13 2.1. Galectin-2
and -4, but not Galectin-1, promote intestinal epithelial wound healing in
vitro through a TGF-beta-independent mechanism 13 2.1.1. Zusammenfassung 13
2.1.2. Publikation 14 2.2. Galectin-4 controls intestinal inflammation by
selective regulation of peripheral and mucosal T cell apoptosis and cell cycle
15 2.2.1. Zusammenfassung 15 2.2.2. Publikation 16 2.3. Galectin-2 induces
apoptosis of lamina propria T lymphocytes and ameliorates acute and chronic
experimental colitis in mice 17 2.3.1. Zusammenfassung 17 2.3.2. Publikation
18 3\. Diskussion 19 4\. Zusammenfassung 24 5\. Summary 26
Literaturverzeichnis 28 Publikationsliste 32 Anhang 33 Abkürzungen 33Bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen handelt es sich um Erkrankungen,
die durch eine überschießende Immunantwort gekennzeichnet sind. Diese ist
verbunden mit einer gestörten T-Zellapoptose. Das daraus resultierende
Ungleichgewicht zwischen Proliferation und Apoptose sorgt für eine anhaltende
Entzündungsreaktion in der intestinalen Mukosa. Im Verlauf der Erkrankung
kommt es zu Schäden an der Mukosa, welche konsekutiv ihre Barrierefunktion
verliert. Galektine sind zuckerbindende Lektine, die auf vielfältige Art
Prozesse, wie z.B. Zellaktivierung, Proliferation, Zytokinsekretion, Migration
und Apoptose, beeinflussen. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit der
Einfluss von Gal-2 und Gal-4 auf das mukosale Immunsystem in vivo und in vitro
untersucht. Diese beiden Galektine wurden gewählt, da sie nahezu exklusiv im
Gastrointestinaltrakt exprimiert werden. Anhand eines etablierten
Wundheilungsmodells mit Epithelzellen konnte gezeigt werden, dass Gal-2 und
Gal-4 die intestinale Epithelzellrestitution fördern. Dabei wurden die
Migration und Proliferation intestinaler Epithelzellen gesteigert.
Untersuchungen an T-Zellen aus dem peripheren Blut und aus der Lamina propria
zeigten, dass Gal-2 an den β1-Integrin und Gal-4 an den CD3-Rezeptor auf der T
-Zell-Oberfläche bindet. Die Interaktion beider Galektine mit T-Zellen
initiiert eine gesteigerte Apoptose stimulierter, jedoch nicht ruhender
T-Zellen. Die durch Gal-2 induzierte Apoptose verläuft über die Aktivierung
von Caspase-3 und -9. Gal-4 induziert Apoptose caspase-unabhängig über einen
calpain-abhängigen Signalweg. Weiterhin ergaben Untersuchungen der
Zytokinsekretion eine Hemmung proinflammatorischer Zytokine, wie z.B. TNF-α,
IL-6, IL-8 und IL-17 durch beide Galektine. Die Ergebnisse der
Zellzyklusanalysen zeigten eine Hemmung des Zellzyklus von T-Zellen durch
Gal-4, jedoch nicht durch Gal-2. In vivo Untersuchungen in einem DSS-
induzierten Kolitis Modells in der Maus zeigten, dass es durch Gal-2 und
Gal-4, im Vergleich zur Kontrollgruppe, zu einer signifikanten Verbesserung
der klinischen und histologischen Entzündungsreaktion kommt. Dabei konnte eine
verminderte Infiltration von inflammatorischer Zellen in den Darm sowie eine
Abnahme der Mukosaschädigung gezeigt werden. Zusätzlich wurde durch die
Gal-4-Behandlung die Anzahl proliferierender Zellen in der Mukosa, gesenkt.
Untersuchungen der Lymphozytenfunktionalität durch Analyse der
Zytokinsekretion ergaben eine verringerte Sekretion proinflammatorischer
Zytokine. Gleichzeitig war das antiinflammatorische Zytokin IL-10 bei der
Behandlung mit Gal-4 erhöht. Untersuchungen zur Apoptose zeigten eine
signifikante Steigerung apoptotischer CD3-positiver Zellen in der Mukosa nach
Behandlung mit Gal-2 und Gal-4. Diese Ergebnisse legen eine zentrale Rolle von
Gal-2 und Gal-4 auf unterschiedliche Prozesse und Zellarten im mukosalen
Immunsystem dar.Inflammatory bowel diseases are characterised by an uncontrolled immune
reaction in common with an impaired T cell apoptosis. The resulting imbalance
between proliferation and apoptosis induces a persistent inflammation in the
intestinal mucosa. Furthermore, the persistant mucosal damage impairs the
epithelial cell function and its barrier function. In our work we analysed the
effect of galectin-2 and galectin-4 on the mucosal immune system. Galectins
are a family of sugar-binding lectins which more and more emerged as major
regulator of different signaling processes, including cell activation,
proliferation, cytokine secretion, migration and apoptosis. Since galectin-2
and galectin-4 are mainly expressed in the gastrointestinal tract, we focussed
on those two lectins. A wound healing assay with epithelial cells showed that
galectin-2 and -4 promote epithelial cell restitution, with an increase in
cell migration and cell proliferation. Analysis of the interaction of both
galectins with peripheral blood T cells revealed that galectin-2 binds to the
β1-integrin at the cell surface while galectin-4 binds at the CD3 Rezeptor of
stimulated T cells. Both galectins induced apoptosis of stimulated, but not
resting T cells. Galectin-2 induced apoptosis via caspsae-3 and caspase-9
dependent pathways. In contrast, apoptosis induced by galectin-4 was caspase-
independent, but calpain-dependent. Determination of the cytokine secretion
profile of T cells revealed a decrease in pro-inflammatory cytokines, like
TNF-α, IL-6, IL-8 und IL-17, when incubated with galectin-2 or galectin-4.
Cell cycle analyses showed an inhibitory effect of galectin-4 on cell cycle
progression of T cells, while galectin-2 did not influence the cell cycle. In
a model of DSS-induced colitis in mice, galectin-2 and -4 treatment
significantly ameliorated clinical and histological signs of colitis compared
to controls. Both lectins reduced the number of inflammatory cells migrated
into the mucosa and diminished mucosal damage. In addition, galectin-4
decreased the number of proliferating cells in the intestinal mucosa. Analyses
of the cytokine secretion profile showed a lowered secretion of pro-
inflammatory cytokines. Furthermore, the anti-inflammatory cytokine IL-10 was
increased in mice treated with galectin-4. Determination of apoptosis in mice
treated with galectin-2 or galectin-4 showed a significant increase in
apoptotic CD3 positive cells in the mucosa. Thus, our study provided for the
first time evidence that galectin-2 and galectin-4 play a central and distinct
role in the mucosal immune system
