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Entz¨¹ndungen und Funktionsst?rungen der extrahepatischen Galleng?nge sind h?ufige Ursachen f¨¹r Erkrankungen von Gallenblase und Gallenwegen, wie Gallensteine und das Cholangiokarzinom. Trotz der relativen H?ufigkeit dieser Erkrankungen sind die grundlegenden pathophysiologischen Mechanismen wenig verstanden. Die Gallenblase speichert Galle zwischen den Mahlzeiten und entleert sich bei Bedarf in den Zw?lffingerdarm. Durch diesen physiologischen Prozess sind die Gallenwege dem Darmmikrobiom ausgesetzt. Diese Exposition erh?ht den Bedarf an antimikrobiellen Faktoren. B¨¹rstenzellen (?tuft cells¡°) sind chemosensorische Zellen, die sich besonders h?ufig in der Schleimhaut der Gallenblase und der extrahepatischen Gallenwege befinden. Unsere bisherigen Ergebnisse zu Untersuchungen der Funktion von B¨¹rstenzellen lassen vermuten, dass tuft cells als Sensoren des mikrobiellen Metaboliten Propionat fungieren, um dichotome angeborene Abwehrmechanismen durch gleichzeitige Freisetzung von Acetylcholin und Cysteinyl-Leukotrienen zu initiieren, die schlie?lich angeborene Abwehrmechanismen aktivieren.

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In diesem Zusammenhang konzentriert sich die AG 2 auf das Verst?ndnis des komplexen Zusammenspiels zwischen bili?rer Immunit?t, B¨¹rstenzellen und dem Mikrobiom, das ein gro?es Potenzial f¨¹r ein besseres Verst?ndnis der Gewebehom?ostase und der bili?ren Entz¨¹ndung bei Gesundheit und Krankheit hat.

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Fokus I:

Welche Auswirkung hat die Aktivierung von B¨¹rstenzellen auf Schleimhautproliferation, Schleimproduktion, Entz¨¹ndung, Immunzellenantwort, Reparatur von Schleimhaut-Zellen, Ionen- und Fl¨¹ssigkeitssekretion, Gewebehom?ostase und Mikrobiom in den Gallenwegen?

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Fokus II:

F¨¹hrt eine gest?rte Funktion der B¨¹rstenzellen zu Erkrankungen der Gallenblase und -wege?

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Kooperation mit Universit?tsklinikum Augsburg: Bruno M?rkl, Matthias Reiger

Kooperation mit Universit?t Gie?en: Wofgang Kummer, Ulrich G?rtner

Kooperation mit Universit?t Marburg: Burkhard Sch¨¹tz

Untersuchung des Einflusses von Tuft-Zellen im Gallensystem: Implikation f¨¹r das Verst?ndnis der Physiologie und Erkrankungen des Gallensystems

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Forschungsf?rderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft ( DFG): Projektnummer?561973651

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F?rdersumme

315.353 € ¨¹ber drei Jahre

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Beteiligte Einrichtungen

Universit?t Augsburg, Insitut f¨¹r Theoretische ΰµÂ¹ú¼Ê_ΰµÂ¹ú¼Ê1946$ÓéÀÖappÓÎÏ·izin, Lehrstuhl f¨¹r Anatomie und Zellbiologie (Forschungsgruppe Dr. Maryam Keshavarz) in Kooperation mit dem Universit?tsklinikum Augsburg

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Entz¨¹ndungen und funktionelle Erkrankungen der extrahepatischen Gallenwege - wie Cholezystitis, Cholelithiasis und Cholangiokarzinome - geh?ren weltweit zu den h?ufigsten Ursachen hepatobil?rer Erkrankungen. Trotz ihrer hohen klinischen Relevanz sind die lokalen zellul?ren Regulationsmechanismen, insbesondere im Epithel der Gallenblase, noch weitgehend unverstanden.

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Ein neues, von der Deutschen Forschungsgemeinschatf (DFG) gef?rdertes Projekt unter der Leitung von Dr. Maryam Keshavarz an der Universit?t Augsburg widmet sich daher der Rolle einer bislang beim Menschen nur unzureichend charakterisierten Zellpopulation: den sogenannten B¨¹rsten-Zellen (Tuft Cells). Aufbauend auf fr¨¹heren tierexperimentellen Studien soll nun untersucht werden, ob und in welcher Weise diese spezialisierten Zellen auch im menschlichen Gallenblasengewebe vorkommen und welche Bedeutung sie f¨¹r die Regulation von Entz¨¹ndungsprozessen haben.

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Im Rahmen des translationalen Projektteils werden genetisch modifizierte M?use, bei denen bestimmte Zielzellen - wie beispielsweise Tuft-Zellen - gezielt deaktiviert oder vollst?ndig entfernt wurden, nach Augsburg importiert. Diese Mausmodelle kommen parallel zu Untersuchungen am humanen Gewebe zum Einsatz, um gezielt eine Entz¨¹ndungsreaktion auszul?sen und die zugrunde liegenden pathophysiologischen Mechanismen umfassend zu analysieren. Durch diesen kombinierten Ansatz k?nnen Erkenntnisse aus Humanproben mithilfe funktioneller In-vivo-Studien validiert werden, was wertvolle Einblicke in die immunregulatorischen Netzwerke bei Gallenblasenentz¨¹ndungen und der Bildung von Gallensteinen erm?glicht.

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Hintergrund und Zielsetzung

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Cholelithiasis betrifft rund?20% der europ?ischen Bev?lkerung, in Deutschland werden j?hrlich ¨¹ber 175.000 Chlezystektomien durchgef¨¹hrt - vielfach aufgrund chronischer-entz¨¹ndlicher Ver?nderungen wie der Cholezystitis. Die Gallenblase spielt eine essenzielle Rolle in der Ionen- und Fl¨¹ssigkeitsregulation sowie der Verarbeitung von Gallebestandteilen.

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W?hrend die Funktion der h?ufigen Cholangiocyten gut charakterisiert ist, gibt es Hinweise auf das Vorkommen von Tuft-Zellen - seltene, sensorisch aktive Epithelzellen mit potenziell immunregulatorischen Eigenschaften. In der Maus konnten diese Zellen bereits nachgewiesen und funtkionell untersucht werden. Ziel des Projekts ist es nun, ihre Existenz, Struktur und Funktion im menschlichen Gallenblasengewebe zu untersuchen und ihren m?glichen Beitrag zu entz¨¹ndlichen Erkrankungen wie Cholezystitis aufzukl?ren.

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Methodisches Vorgehen

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• Elektronenmikroskopie und Immunoelektronenmikroskopie

Ein zentrales methodisches Standbei des Projektes bildet die hochaufl?sende Elektronenmikroskopie, insbesondere die Immunoelektronenmikroskopie, um die feinstrukturelle Organisation des Gallenblasengewebes sichtbar zu machen. Das bili?re Epithel ist stark polarisiert: die apikale Zellmembran steht in direktem Kontakt mit der Galle, w?hrend die basale Seite mit der Basalmembran interagiert. Diese strukturelle Organisation ist entscheidend f¨¹r Ionen- und Fl¨¹ssigkeitstransport, Immunantworten sowie die Verarbeitung der Galle.

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Die ultrastrukturelle Analyse erm?glicht es, potenzielle Tuft-Zellen morphologisch zu identifizieren, ihre Position im Gewebe einzugrenzen und ihre funktionelle Polarit?t zu bewerten. Die Immunoelektonenmikroskopie erlaubt dar¨¹ber hinaus die spezifische Lokalisierung zelltypspezifischer Marker auf Subzellniveau.

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• Next-Generation Sequencing zur funktionellen Charakterisierung

Erg?nzend zur Strukturaufkl?rung wird Next-Generation Sequencing (NGS) auf Einzelzellebene eingesetzt, um zellul?re Subcluster im Gallengangsepithel zu identifizieren. Diese molekulare Kartierung erlaubt die funktionelle Differenzierung bislang nicht beschriebener Zelltypen, insbesondere solcher mit sensorischer oder immunregulatorischer Funktion. In Kombination mit der Elektronenmikroskopie entsteht so ein umfassendes Bild der Struktur-Funktions-Beziehung im menschlichen Gallenblasenepithel.

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• Immunhistochemie und Fluoreszenzbildgebung

Zur erg?nzenden Analyse der Gewebeproben wird Immunhistochemie eingesetzt, um die Expression tuftzelltypischer im Gewebekontext zu visualisieren. Fluoreszenzmikroskopische Verfahren erm?glichen dabei eine r?umlich hochaufl?sende Darstellung und Co-Lokalisation mit Entz¨¹ndungsmarkern, was R¨¹ckschl¨¹ssel auf potentielle Zell-Zell-Interaktionen erlaubt.

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• Flowzytometrie und Zellsortierung

Um einzelnen Zelltypen aus den Gallenblasenproben gezielt zu isolieren und funktionell zu charakterisieren, wird Fluoreszenz-aktivierte Zellsortierung (FACS) eingesetzt. Diese erlaubt eine pr?zise Separation seltener Zellpopulationen wie Tuft-Zellen f¨¹r nachgelagerte molekulare Analysen (z.B. RNA-Sequenzierung oder Proteomik).

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• Funktionelle Assays

Stimulationsexperimente mit Gallens?uren oder Entz¨¹ndungmediatoren erm?glichen die Analyse von Zellantworten und Signaltransduktion ex vivo.

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Einsatz spezialisierter Mausmodelle und Translation auf humane Gewebeproben

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F¨¹r die in vivo-Funktionsanalyse stehen spezialisierte transgene Mausmodelle zur Verf¨¹gung, die in Zusammenarbeit mit US-amerikanischen Forschungspartnern nach Augsburg transferiert wurden. In diesen Linien sind Tuft-Zellen gezielt ausgeschaltet oder vollst?ndig entfernt, um deren Rolle bei entz¨¹ndlichen Prozessen wie Cholezystitis und Gallensteinbildung systematisch untersuchen zu k?nnen.

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Der Fokus liegt dabei auf der Analyse von Signalkaskaden, die durch Tuft-Zellen vermittelt werden und die Entstehung oder Chronifizierung von Entz¨¹ndungen beeinflussen. Durch vergleichende Analysen zwischen Wildtyp- und Knockout-Tieren lassen sich potenzielle therapeuthische Angriffspunkte identifizieren.

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Im Rahmen eines translationalen Ansatzes werden die gewonnenen Erkenntnisse auf humanes Gewebe ¨¹bertragen: In Zusammenarbeit mit dem Universit?tsklinikum Augsburg - Klinik f¨¹r Allgemein-, Viszeral- und Transplantationschirurgie (Dr. Vlasenko) sowie dem Institut f¨¹r Pathologie und Molekulare Diagnostik (Prof. Dr. M?rkel) werden Gallenblasenproben uns Cholezystektomien von Patient:innen mit akuter oder chronischer Cholezystitis sowie Cholelithiasis analysiert. Ziel ist es, die in Mausmodellen identifizierten Signalwege im menschlichen Gewebe zu validieren und potenziell klinisch relevante Zielstrukturen f¨¹r zuk¨¹nftige therpeutische Ans?tze zu identifizieren.

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Bedeutung des Projekts

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Dieses Projekt kombiniert modernste bildgebende Verfahren, molekulare Einzelzellanalysen und funktionelle Tiermodelle, um eine bisher kaum erforschte Zellpopulation der Gallenblase systematisch zu untersuchen. Die Ergebnisse k?nnten grundlegende Erkenntnisse ¨¹ber die zellul?re Organisation und Immunregulation im bili?ren System liefern und neue diagnostische Marker sowie zielgerichtete Therapien bei entz¨¹ndlichen Gallenwegserkrankungen erm?glichen.

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Intramurale Forschungsf?rderung

"BilMMP: Exploring the Biliary Microbiome, Mucin Profile and Prostanoids in Biliary Tract Inflammation and Pathological Processes" - F?rderung 2025 und 2026

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