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Human gingival fibroblasts
a novel cell model describing the association between bitter taste quality and cellular interleukin-6 response
Johanna Tiroch
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Chemie)
Betreuer*in
Veronika Somoza
DOI
10.25365/thesis.74948
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-26946.56610.863390-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob Chemorezeptoren, die bitter schmeckenden Verbindungen erkennen, sogenannte Bittergeschmacksrezeptoren (TAS2Rs), eine funktionelle Rolle bei zellulären Immunreaktionen spielen. Konkret sollte untersucht werden, ob und wie bitter schmeckende Verbindungen die Reaktion immunkompetenter menschlicher Zahnfleischfibroblasten auf einen entzündungsfördernden Stimulus über TAS2Rs modulieren. Konkret wurde eine funktionelle Rolle der TAS2Rs bei der Verringerung der durch einen Stimulus ausgelösten Freisetzung des pro-inflammatorischen Zytokins IL-6 in immortalisierten menschlichen Zahnfleischfibroblasten der HGF-1-Zelllinie postuliert. Der Nachweis dieser Hypothese könnte eine Grundlage für die Verwendung von HGF-1-Zellen als alternatives Modell zur Identifizierung von bitter schmeckenden und den Bittergeschmack modulierenden Verbindungen bilden. In der ersten Studie wurde eine TAS2R-vermittelte entzündungshemmende Wirkung von den bitter schmeckenden Verbindungen Resveratrol (RSV) und Rosmarinsäure (RA) in HGF-1-Zellen untersucht, die mit Lipopolysacchariden von Porphyromonas gingivalis (Pg-LPS) als pro-inflammatorischem Stimulus behandelt wurden. Pg-LPS induziert eine Freisetzung des pro-inflammatorischen Zytokins Interleukin-6 (IL-6). Die Ergebnisse zeigten eine stärkere Verringerung der durch Pg-LPS induzierten IL-6-Freisetzung und Transkription, quantifiziert durch ELISA bzw. qRT-PCR, für RSV, dessen Bitterkeit in einem Zwei-Alternativen-Forced-Choice-Test (2-AFC) von sensorischen Panelisten ebenfalls höher eingestuft wurde als die von RA. Auf mechanistischer Ebene wurde die funktionelle Rolle eines der TAS2Rs, nämlich TAS2R50, bei der durch RSV hervorgerufenen entzündungshemmenden Reaktion durch ein auf HGF-1-Zellen basierendes TAS2R50-gezieltes siRNA-Knock-down-Experiment und durch einen In-silico-Molekular-Docking-Ansatz identifiziert, der eine potenzielle Bindung von RSV an die hydrophoben Taschen von TAS2R50 zeigte. In der zweiten Studie sollte untersucht werden, ob andere bitter schmeckende Pflanzeninhaltsstoffe, die weit über den strukturell vielfältigen chemischen Bitterraum verteilt sind und auf eine Vielzahl aller bisher identifizierten human TAS2Rs abzielen, ebenfalls die Pg-LPS-induzierte Freisetzung von IL-6 in HGF-1-Zellen reduzieren können und ob neben TAS2R50 auch andere TAS2Rs diese entzündungshemmende Reaktion vermitteln. In einem ersten Schritt wurden die zellulären TAS2R50-Signalwege mit Hilfe von Reaktome und Immunfluoreszenzfärbungen analysiert, wobei sich eine wesentliche Rolle für das Signalprotein GNAI3 herausstellte. Auf funktioneller Ebene wurden für jede bitter schmeckende Verbindung Dosis-Wirkungs-Analysen durchgeführt, die einen linearen Zusammenhang (R²: 0,60, p < 0,01) zwischen der Konzentration der Verbindung zur Hemmung von 25 % der durch Pg-LPS ausgelösten IL-6-Freisetzung, die mittels ELISA quantifiziert wurde, und der in der Literatur angegebenen Bitterkeitsschwelle der Verbindung ergaben. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das etablierte HGF-1-Zellmodell als neuartiges natives Zellmodell für die Identifizierung von bitter schmeckenden Verbindungen dienen kann. Darüber hinaus bieten die Ergebnisse wichtige Einblicke in die Rolle der Bittergeschmacksrezeptoren bei Entzündungen und deuten darauf hin, dass diese Chemorezeptoren neue Ziele für entzündungshemmende Medikamente darstellen können.
Abstract
(Englisch)
The main objective of this dissertation was to investigate whether there is a functional role of chemoreceptors sensing bitter tasting compounds, named bitter taste receptors (TAS2Rs), in cellular immune responses. The research specifically aimed to examine whether and how bitter tasting compounds modulate the response of immune-competent human gingival fibroblasts to a pro-inflammatory stimulus via TAS2Rs. Specifically, a functional role of TAS2Rs in reducing a stimulus-evoked release of the pro-inflammatory cytokine IL-6 in immortalized human gingival fibro-blasts of the HGF-1 cell line was hypothesized. Proof for this hypothesis could lay grounds for using HGF-1 cells as an alternative model to identify bitter tasting and bitter taste modulating compounds. The first study hypothesized a TAS2R-mediated anti-inflammatory activity of the two bitter tasting compounds, resveratrol (RSV) and rosmarinic acid (RA), in HGF-1 cells treated with lipopolysaccharides from Porphyromonas gingivalis (Pg-LPS) as pro-inflammatory stimulus that induces a release of the pro-inflammatory cytokine interleukin-6 (IL-6). The results revealed a more potent ameliorating effect of the Pg-LPS induced IL-6 release and transcription, as quantitated by ELISA and qRT-PCR, respectively, for RSV, of which the bitterness in a two-alternative-forced-choice test (2-AFC) was also ranked higher by sensory panelists than that of RA. Mechanistically, the functional role of one of the TAS2Rs, namely TAS2R50, in the RSV-evoked anti-inflammatory effect was identified by means of a HGF-1 cell-based TAS2R50-targeted siRNA knock-down experiment, and by an in silico molecular docking approach which demonstrated a potential binding of RSV to the hydrophobic pockets of TAS2R50. The second study aimed to investigate whether other bitter tasting plant constituents, that are widely distributed over the structurally divers chemical bitter space and target a variety of all human TAS2Rs identified so far, could also reduce the Pg-LPS induced release of IL-6 in HGF-1 cells, and if, in addition to TAS2R50, other TAS2Rs as well mediate this anti-inflammatory response. In an initial step, cellular TAS2R50 signalling pathways were analysed using reactome and immunofluorescence staining, revealing an essential role for the signalling protein GNAI3. On a functional level, dose-response analyses were performed for each bitter tasting compound, resulting in a linear association (R²: 0.60, p < 0.01) between the compound’s concentration to inhibit 25 % of the Pg-LPS-evoked IL-6 release, quantitated by means of ELISA, and the compound’s bitter taste threshold reported in the literature. In conclusion, the HGF-1 cell model established may serve as a novel native cell model suitable for the identification of bitter tasting compounds. Moreover, the results demonstrated provide important insights into the role of bitter taste receptors in inflammation, suggesting them as new targets for anti-inflammatory therapies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
humane Gingiva Fibroblasten HGF-1 bitter Bittergeschmacksschwelle Bittergeschmacksrezeptoren Bittergeschmacksmodulatoren Interleukin-6 Lipopolysaccharid
Schlagwörter
(Englisch)
human gingival cells HGF-1 bitter bitter taste threshold bitter taste receptors bitter taste modulators interleukin-6 lipopolysaccharide
Autor*innen
Johanna Tiroch
Haupttitel (Englisch)
Human gingival fibroblasts
Hauptuntertitel (Englisch)
a novel cell model describing the association between bitter taste quality and cellular interleukin-6 response
Paralleltitel (Deutsch)
Humane Gingiva Fibroblasten
Paralleluntertitel (Deutsch)
ein neuartiges Zellmodell, das den Zusammenhang zwischen Bittergeschmack und zellulärer Interleukin-6-Reaktion beschreibt
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
VI, 76 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Jürgen König ,
Juan José Moreno Aznárez
AC Nummer
AC17024899
Utheses ID
67876
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 419 |