Gallensäuren signalisieren über TGR5 zur Aktivierung von intestinale Stammzellen und epithelialer Regeneration

Hintergrund: Diätetische und metabolische Faktoren liefern Signale an das Nischenmilieu, die die ISC-Aktivität steuern. Gallensäuren (BAs), Metaboliten im Darm, signalisieren die Nährstoffverfügbarkeit durch Aktivierung des G-Protein-gekoppelten Gallensäurerezeptors 1 (GPBAR1, auch TGR5 genannt). TGR5 wird im intestinalen Epithel exprimiert, aber es ist unklar, wie seine Aktivierung ISCs und die Regeneration des intestinalen Epithels beeinflusst. Wir untersuchten die Rolle von BAs und TGR5 bei der intestinalen Erneuerung und der Regulierung der ISC-Funktion bei Mäusen und intestinalen Organoiden. Methoden: Wir leiteten intestinale Organoide von Wildtyp-Mäusen und Tgr5 –/– Mäusen ab, inkubierten sie mit BAs oder dem TGR5-Agonisten INT-777 und überwachten die ISC-Funktion durch morphologische Analysen und Kolonie-bildende Assays. Wir störten Tgr5 spezifisch in Lgr5-positiven ISCs in Mäusen (Tgr5 ISC–/– Mäuse) und analysierten ISC-Zahl, Proliferation und Differenzierung durch Durchflusszytometrie, Immunfluoreszenz und Organoid-Assays. Tgr5 ISC–/– Mäusen wurde Cholecystokinin verabreicht; wir maßen die Auswirkungen der BA-Freisetzung in das intestinale Lumen und auf die Zellenerneuerung. Wir induzierten Kolitis bei Tgr5 ISC–/– Mäusen durch Verabreichung von Dextran-Schwefelsäure; die Schwere der Erkrankung wurde anhand des Körpergewichts, der Dickdarm-Länge und der histopathologischen Analyse von Dickdarmbiopsien bestimmt. Ergebnisse: BAs und TGR5-Agonisten förderten das Wachstum der intestinalen Organoide. Die Verabreichung von Cholecystokinin an Mäuse führte zu einer akuten Freisetzung von BAs in das intestinale Lumen und zu einer erhöhten Proliferation des intestinalen Epithels. BAs und Tgr5-Expression in ISCs waren erforderlich für die homöostatische Erneuerung des intestinalen Epithels und die Festlegung des Schicksals, sowie für die Regeneration nach der Kolitis-Induktion. Tgr5 ISC–/– Mäuse entwickelten schwerere Kolitis als Mäuse ohne Tgr5-Störung in ISCs. ISCs, die mit INT-777 inkubiert wurden, erhöhten die Aktivierung des yes-assoziierten Proteins 1 (YAP1) und seines upstream-Regulators SRC. Inhibitoren von YAP1 und SRC verhinderten das durch TGR5-Aktivierung induzierte Organwachstum. Schlussfolgerungen: BAs fördern die Regeneration des intestinalen Epithels über die Aktivierung von TGR5 in ISCs, was zu einer Aktivierung von SRC und YAP sowie der Aktivierung ihrer Zielgene führt. Die Freisetzung von endogenen BAs in das intestinale Lumen ist ausreichend, um die ISC-Erneuerung zu fördern und treibt die Regeneration als Reaktion auf Verletzungen voran.