• search hit 9 of 38
Back to Result List

Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001369-6

Role of autophagy in caerulein induced pancreatitis

  • Acute pancreatitis is a common clinical inflammatory disease with variable severity from mild, self-limiting attacks to a severe lethal attack with a high mortality. In most of the cases, acute pancreatitis is either caused by gallstone obstruction or excessive alcohol consumption. Clinical symptoms include elevated levels (minimum 3 times than normal) of pancreatic enzymes such as amylase or lipase in serum. It is generally believed that earliest event in acute pancreatitis occur in acinar cells which includes premature protease activation and cytoplasmic vacuole formation. Premature trypsinogen activation has been considered as chief culprit as it can activate other proteases in a cascade like manner in acinar cells. Trypsin activity takes place in a biphasic curve with elevated levels at 1 h and 8 h in the initial stages up to 24 h in caerulein induced pancreatitis in mice. It has been shown that cytoplasmic vacuoles observed in pancreatitis are of autophagic nature. The role of autophagy for the disease onset and its role in trypsinogen is much of a debate. Hence, we studied the relation between autophagosome formation and trypsinogen activation in first 12h of pancreatitis. Although autophagosomes were found to be co-localised with trypsin in vivo, this was found to be a late event occuring only by 4 h. Substrate specific trypsin activity and western blotting from both sub-cellular fractions over the time course of pancreatitis and multiple fractions prepared from 1 h caerulein induced pancreatic tissue revealed that trypsin activity observed at 1 h occured in a zymogen enriched fraction. In line simultaneous confocal imaging of trypsin activity and autophagosome formation in hyperstimulated acini isolated from GFP-LC3 mice showed that both processes are independent and take place in parallel. Furthermore, protease inhibition by gabexate mesilate did not prevent autophagosome formation indicating that trypsinogen activation is not a prerequisite for vacuole formation. Even though, autophagosomes and active trypsin were found to be co-localised around 30 minutes to some degree upon cholecystokinin hyperstimulation, the earliest trypsin activation started to appear by 15 minutes and was independent of autophagosomes. The earliest active trypsin was found to be co-localised along with the cis-Golgi complex suggesting that the Golgi apparatus and its pre-condensed zymogen granules are the compartment responsible for the trypsinogen activation. 2) Protease activation in pancreatic acinar cells considered as the early hallmark event in the acute pancreatitis. However, the disease is aggravated by the infiltration of the leukocytes. Activated proteases mediate acinar cell injury and hereby cause the release of chemokines, which in turn attract inflammatory cells. Transmigrated inflammatory cells cause systemic damage that deteriorates the condition of the disease. Neutrophil elastase has been reported to be involved in the dissociation of cell-cell contact at adherens junctions by the extracellular cleavage of E-cadherin. This subsequently leads to transmigration of leukocytes into the epithelial tissue during the initial phase of experimental pancreatitis and aggravates the disease condition. On the other hand, pancreatic elastase substantially contributes to acinar cell necrosis. In this study, ZD0892, an orally bioavailable dual inhibitor against both elastases was tested for its efficacy to ameliorate severity in acute pancreatitis. ZD0892 orally fed mice showed increased survival compared to the control group in the taurocholate model of severe pancreatitis. In the initial stages of pancreatitis up to 24 h, the severity markers were found to be significantly lower in the inhibitor treated group. Treatment of mice with ZD0892 did not impede the defensive property of the leukocytes such as phagocytosis or oxidative burst. In caerulein induced pancreatitis, a mild form of acute pancreatitis, in rats, the local damage measured as serum amylase and lipase, wet dry ratio, and pancreatic myeloperoxidase levels were significantly lower in the inhibitor group. Systemic inflammatory parameters such as myeloperoxidase activity in lung was found to be significantly lower in the inhibitor fed rats. Inhibitor feeding resulted in lesser elastolytic activity compared to control group indicating that extracellular matrix was less damaged. Prophylactic treatment of pancreatitis with an orally available inhibitor with a dual specificity against pancreatic elastase and PMN-elastase was shown to ameliorate both local and systemic damage. Hence, in overall, ZD0892 treatment is proved to be beneficial to the mice and rats in experimental pancreatitis and should be considered for treatment in humans as the substance has been already studied in phase I and II trails for other indications.
  • Die akute Pankreatitis ist eine Entzündung der Bauchspeicheldrüse, die in der Mehrzahl der Fälle einen milden, selbst-limitierenden Verlauf, in selteneren Fällen jedoch eine schwere Verlaufsform mit hoher Mortalität nehmen kann. Die häufigsten Ursachen der akuten Pankreatitis sind Gallensteine, die zur Obstruktion der Gallenwege führen, sowie ein exzessiver Alkoholkonsum. Klinische und laborchemische Charakteristika dieser Erkrankung sind Oberbauchschmerzen sowie eine Erhöhung der pankreatischen Serumenzyme Lipase bzw. Amylase (auf das über dreifache der oberen Norm). Mittlerweile ist gut belegt, dass die frühesten pathophysiologischen Veränderungen der Pankreatitis in der Azinuszelle beginnen, wobei die vorzeitige Aktivierung von Trypsinogen eine Schlüsselrolle einnimmt. Die Trypsin-Aktivierung wiederum bewirkt eine kaskadenartige Aktivierung weiterer Proteasen, die schließlich zum zellulären Schaden und Untergang des Gewebes führen. Ein weiteres Charakteristikum ist die intrazelluläre Formation zytoplasmatischer Vakuolen. In Mausmodellen, in welchen durch repetitive Caerulein-Injektionen eine Pankreatitis induziert wurde, konnte gezeigt werden, dass aktives Trypsin in den ersten 24 Stunden nach Beginn der Pankreatitis erhöht ist und einen biphasischen Verlauf mit maximalen Werten nach 1 und 8 Stunden aufweist. Außerdem fanden sich Hinweise, dass die intrazellulären Vakuolen Folge einer gesteigerten Autophagie der Azinuszelle sind. Unter Autophagie wird ein hochkonservativer Prozess bezeichnet, der durch Degradation zelleigener Proteine die Zell-Homöostase aufrechterhält. Welche Rolle die Autophagie im Krankheitverlauf und der vorzeitigen Trypsinaktivierung spielt, ist bis jetzt noch nicht geklärt. Wir untersuchten daher, ob zwischen der Bildung von Autophagosomen und der Trypsinogenaktivierung ein Zusammenhang besteht. Wir konnten feststellen ,dass eine Co-Lokalisierung von Autophagosomen mit Trypsin in-vivo stattfindet, allerdings nicht in der Frühphase der Erkrankung, sondern erst zu späteren Zeitpunkten (nach etwa 4 Stunden). Western Blot Analysen sowie fluorometrische Messungen mit einem Trypsin-spezifischen Substrat in subzellulären Fraktionen zeigten, dass sich aktives Trypsin bereits nach einer Stunde in der Zymogen-Fraktion befand. Gleichzeitig wurde mittels konfokaler Mikroskopie in Azinuszellen aus GFP-LC3-exprimierenden Mäusen nachgewiesen, dass die Trypsinaktivierung und Autophagosom-Formation örtlich voneinander getrennt stattfinden und somit offensichtlich unabhängig sind. Gabexat-Mesilate, ein Proteasen-Inhibitor, führte zu keiner unterdrükung der Autophagosomen-Bildung, so dass die Vakolenbildung unabhängig von der Trypsinogen-Aktivierung abläuft. In in-vitro Versuchen konnten wir zeigen, dass nach 30 Minuten aktives Trypsin und Autophagosomen co-lokalisieren, jedoch wurde Trypsin bereits früher aktiviert. Diese erste Trypsinaktivierung ließ sich im Cis-Golgi nachweisen. Diese Beobachtungen lassen vermuten, dass möglicherweise der Golgi-Apparat mit den Vorstufen der Zymogengranula den Ort der frühesten Trypsinogenaktivierung darstellt. 2) Neben der vorzeitigen intrazellulären Proteasenaktivierung spielt die Invasion von Leukozyten eine wichtige Rolle bei der Entstehung der akuten Pankreatitis. Der durch aktivierte Proteasen induzierte zelluläre Schaden fördert die Freisetzung von Chemokinen, die wiederum die Transmigration inflammatorischer Zellen fördern. Die Folge ist eine systemische entzündungs reaktion. Es ist mittlerweile bekannt, dass die Polymorpho-nukleäre Elastase (PMN-Elastase), ein Bestandteil der azurophilen Granula neutrophiler Granulozyten, während der Pankreatitis Zell-Zell-Kontakt Moleküle degradiert, indem es E-Cadherin extrazellulär spaltet und dadurch die Infiltration von Leukozyten in das Gewebe fördert. Ferner ist bekannt, dass auch die pankreatische Elastase zum azinären Schaden beiträgt, indem es die Nekrose dieser Zellen steigert. Wir untersuchten daher die Eigenschaft eines sowohl gegen die PMN- als auch pankreatische Elastase gerichteten oral bioverfügbaren Inhibitors, ZD0892, hinsichtlich seiner Eigenschaft, den Schweregrad der Pankreatitis zu reduzieren. Mäuse, in denen eine schwere Pankreatitis induziert wurde (Taurocholat-Modell) und mit ZD0892 gefüttert wurden, zeigten einen deutlich milderen Krankheitsverlauf als die Kontrolltiere, der sich insbesondere innerhalb der ersten 24 Stunden manifestierte. Ausgescholessen wurde ein negativer effekt des inhibitorer auf Phagozytosekapazität der Leukozyten. Ein milderer Verlauf der Pankreatitis konnte auch in einem Rattenmodell beobachtet werden, in denen eine milde Pankreatitis (Caerulein-Modell) induziert wurde. Der geringere pankreatische Schaden ließ sich sowohl serologisch anhand verminderter Lipase- und Amylasespiegel, als auch histologisch durch eine verringerte Ödembildung nachweisen. Die Myeloperoxidase, ein spezifisches Enzyme neutrophiler Granulozyten, war sowohl im Pankreas als auch in der Lunge vermindert, was auch auf einen verminderten systemischen Schaden hinweist. Ebenso fand sich eine geringere elastolytische Aktivität, ein Marker für den Schaden der extrazellulären Matrix, in den Tieren, die mit dem Inhibitor behandelt wurden. Diese Daten deuten daher darauf hin, dass eine Therapie mit dem dualen Elastase-Inhibitor eine mögliche kausale Therapie bei der akuten Pankreatitis darstellen kann.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Sudarshan Malla
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001369-6
Title Additional (English):Role of autophagy in caerulein induced pancreatitis
Title Additional (German):Rolle der autophagie in Caerulein Pankreatitis
Advisor:Prof Christoph Ritter
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2012/12/21
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2012/12/19
Release Date:2012/12/21
Tag:Autophagie, Pankreatitis
Autophagy, Elastase inhibitor, Pancreatitis
GND Keyword:Autophagie, Elastase inhibitoren, Pankreatitis
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Pharmazie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie