Rollen til det ROS-genererende enzymet NADPH oksidase 1 ved lavgrads inflammasjon i tykktarm

Abstract

Bakgrunn: I kroppen dannes reaktive oksygenforbindelser (ROS) i så godt som alle typer celler og vev, hvor de utfører mange ulike og viktige funksjoner. I denne sammenheng ansees enzymer kalt NADPH oksidaser (NOX-enzymer) som de viktigste bidragsyterne. ROS som blir produsert av disse enzymene i tykktarm, kan ha viktige funksjoner både som forsvarsmekanisme og for å opprettholde en sunn tarm. Likevel er det uklart nøyaktig hvilke effekter eller roller disse forbindelsene har i ulike situasjoner, spesielt NOX1-generert ROS.

Hensikt: Av den grunn ønsket vi å undersøke hvordan fravær av NOX1 påvirker ROS-produksjon, tykktarmsinflammasjon, intestinal barrierefunksjon og sykdomsgrad, i en situasjon hvor epitellaget i tykktarm har blitt utsatt for en mild irritasjon/inflammasjon. For å kunne gjøre dette, måtte det først etableres en modell som gjenskapte den ønskede situasjonen, hvor mus ble brukt som modellorganisme.

Metoder: For å etablere en lavgrads inflammasjonsmodell i tykktarm, ble villtypemus eksponert for ulike doser av kjemikalie dextran sulfate sodium (DSS) i drikkevann. Etter to innledende forsøk, ble den etablerte modellen anvendt på NOX1 knockout- og villtypemus (1 % DSS, seks dager). For å evaluere eventuelle forskjeller mellom dyrene, ble det gjort ulike observasjoner og analyser. Disse inkluderte evaluering av synlig sykdomsgrad under forsøkene, måling av ROS-produksjon ved optisk avbildning, ekspresjonsanalyser av inflammasjons- og ROS-relaterte gener, og estimering av Lcn-2- og LBP-nivåer i henholdsvis avføring og blod.

Resultater: Resultatene viste at fravær av NOX1 i liten grad påvirket synlig sykdomsgrad, ekspresjon av inflammasjonsrelaterte gener eller tarmbarrierens gjennomtrengelighet i den etablerte modellen. Det ble imidlertid observert forhøyede nivåer av den sensitive inflammasjonsmarkøren Lcn-2 i avføring i NOX1 knockoutmus sammenlignet med villtype. I tillegg viste optisk ex vivo-avbildning med den sensitive ROS-proben L-012, at ROS-produksjonen var kraftig redusert i knockoutmus, både med og uten DSS-eksponering.

Konklusjon: Til sammen gav resultatene en viss indikasjon på at NOX1-generert ROS har en positiv effekt ved lavgrads, DSS-indusert tykktarmsinflammasjon. Nøyaktig hvilke mekanismer som fører til den positive effekten er derimot uklart, og krever videre undersøkelser. En naturlig videreføring av prosjektet vil være å undersøke om fravær av NOX1-generert ROS fører til endringer i tykktarmens mikrobiotasammensetning, som tidligere observert for nedre del av tynntarm.

Background: Virtually all cells throughout the body produce reactive oxygen species (ROS), where they perform many important and different functions. In this regard, enzymes called NADPH oxidases (NOX enzymes) are the most important contributors. ROS produced by these enzymes in the colon, may have important functions both as a defense system and for maintaining a healthy gut. Nevertheless, it is unclear exactly which effects or roles these compounds have in different settings, especially NOX1-generated ROS.

Aim: We therefore aimed to explore how knockout of NOX1 affects ROS-production, colon inflammation, intestinal barrier function and disease severity in a situation where the colon epithelium is subject to a mild irritation/inflammation. To do this, we first had to establish a model that mimicked this situation, where mice were chosen as model organism.

Methods: To establish the low-grade inflammation model in colon, we exposed wildtype mice to different doses of dextran sulfate sodium (DSS). After the initial experiments, the established model was applied on NOX1 knockout and wildtype mice (1 % DSS, six days). To evaluate differences between the mice, different observations and analyses were done. These included visible disease evaluation during the experiments, measurement of ROS production by optical imaging, gene expression analyses of inflammatory and ROS-related genes, and estimation of Lcn-2 and LBP levels in feces and blood, respectively.

Results: Our results showed that the absence of NOX1 to minimal degree affects disease severity, expression of inflammatory genes and the intestinal permeability in the established model. We did however observe increased levels of the sensitive inflammation marker Lcn-2 in feces, when comparing DSS-exposed knockout and wildtype animals. In addition, we observed that the ROS production, measured by optical imaging with the ROS-sensitive probe L-012, was substantially reduced in knockout mice, both with and without DSS-exposure.

Conclusion: Our findings suggest that NOX1-generated ROS have a positive effect during low-grade, DSS-induced colon inflammation. However, exactly which mechanisms that lead to the positive effect are still unclear and require further investigation. A natural continuation of the project could be to investigate whether the absence of NOX1-generated ROS leads to changes in colon microbiota composition, as previously seen in the lower part of the small intestine.