Role of Arhgap17 in the mouse colon and mechanism of colitis caused by dextran sulfate sodium

Abstract

RhoGTPase-activating protein 17 (Arhgap17) regulates many important cell functions including the formation of tight junctions and establishment of polarity and proliferation in epithelial cells. In the intestinal epithelium, these processes are balanced to maintain homeostasis. However, the in vivo function of Arhgap17 has not been elucidated. We used the colitis model for investigating the role and mechanism of Arhgap17 in intestinal homeostasis. We generated Arhgap17-deficient mice on a C57BL/6 background. The intestinal epithelium of the mutant mice had abnormal intracellular junctions and aberrant mucosal structures caused by a reduced Tff3 level. However, these defects did not affect the survival of the mice. Then, we induced the colitis mouse model with 1.5% dextran sodium sulfate (DSS). We compared the molecular and morphologic features of the intestinal tissue of the colitis model with those of the wild-type intestinal tissue. When we treated mutant mice with DSS, the mice developed increased susceptibility to colitis because of the aberrant localization of the intercellular junction proteins, development of an exceptionally thin inner mucus layer, increased epithelial region in contact with bacteria, increased DSS accumulation in the intraluminal region, and augmented TNF-α expression level. The intestinal epithelium of Arhgap17 knockout mice appeared similar to that of patients with inflammatory bowel disease (IBD). In addition, we investigated not only the role of Arhgap17 in the DSS-induced colitis model, but also studied that DSS how to cause in initially inflammation response. The expression level of Cd86, Lcn2, Tnf and Cxcl2 mRNA was increased in DSS-treated C57BL/6J mice. When normal mice were treated with FITC-DSS, DSS was localized in the cytoplasm of F4/80-positive macrophages, as shown by immunofluorescence staining. In this study, we suggest that knowledge of Arhgap17-medicated signaling and the early mechanism of DSS can be useful in preventing disease reactivation and progression as well as in developing drugs for treating patients with IBD.;RhoGTPase-activating protein 17 (Arhgap17)은 상피세포에서 밀착연접의 형성, 세포의 극성생성 또는 세포 증식 등 많은 세포 기능을 조절한다. 이와 같은 현상은 장내 상피 층의 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 생체 내에서 Arhgap17의 역할은 아직 밝혀진 바가 없어 이 논문에서는 Arhgap17이 결여된 마우스 모델을 제작하여 장 내에서 Arhgap17 유전자의 역할을 밝히고자 한다. Arhgap17이 결여된 마우스의 장 내 상피 층에서는 약간 이상이 있는 세포 사이의 연접구조와 줄어든 Tff3 단백질로 인한 비정상적인 점액질 구조를 가지지만 마우스의 생존에는 전혀 문제를 일으키지 않았다. 따라서 우리는 Dextran sodium sulfate (DSS)로 장염모델을 유도하여 정상적인 마우스의 장 내의 분자학적, 구조적인 특징을 비교해 보았다. DSS를 처리하게 되면 Arhgap17 결핍 마우스에서 세포 연접구조 관련된 단백질의 비정상적인 위치와 얇아진 내부 점액질 층, 그로 인해 상피 층에 더 많이 인접하게 된 장 내 박테리아, 관내 축적된 DSS의 양적 증가, Tnf 단백질이 늘어나는 등 이런 현상으로 인해 정상 마우스보다 장염이 더 심하게 유발된다. 이런 특징은 염증성장질환(IBD)의 질병을 가진 환자들에게서 보이는 증상과 유사하다. 또한 우리는 DSS에 의해 유도된 마우스 모델에서의 Arhgap17의 역할 뿐만이 아니라 DSS가 초기에 어떻게 염증반응을 일으키는 지를 조사하였다. 정상 마우스에 DSS를 처리하면 그 처리기간이 길어질수록 Cd86, Lcn2, Tnf 와 Cxcl2 mRNA 발현이 증가하였다. FITC-DSS를 정상 마우스에 투여하면 F4/80가 발현하는 대식세포의 세포질에 FITC-DSS가 존재하는 것을 형광 염색을 통해 확인하였다. 이 논문에서, Arhgap17 관련된 신호 전달과 DSS의 초기 기전은 염증성장질환 환자의 약물치료를 개발할 뿐만 아니라 질병의 재 활성화 및 진행을 예방하는데 유용할 수 있다.