Biliäre Lipidsekretion bei Abcg8 p.D19H-transgenen und intestinalen Abcg5/g8-Knockout Mäusen

Abstract

Die Cholesterincholelithiasis ist eine der häufigsten Diagnosen in der Gastroenterologie und verursacht hohe Kosten in unseren Gesundheitssystemen. Die Erkrankung betrifft vorwiegend Erwachsene und wird durch exogene Risikofaktoren begünstigt. Jedoch trägt auch eine erbliche Prädisposition durch lithogene Gene und deren komplexe Interaktionen zur Gallesteinbildung bei. Es wurden mehrere zu Gallsteinen prädisponierende Genvarianten identifiziert, wobei für die Mutation p.D19H des hepatischen und intestinalen Cholesterintransporters ABCG5/G8 die stärksten Effekte nachgewiesen wurden. In der vorliegenden Arbeit wurde in einem transgenen Mausmodell die Auswirkung der homozygoten und heterozygoten Abcg8 p.D19H-Variante auf die hepatische Cholesterinsekretionsrate und die anderen biliären Lipide untersucht. Zusätzlich wurden die Folgen des gewebsspezifischen Knock-out von Abcg5/g8 im Darm auf die hepatische Lipidsekretion ermittelt. Die Analyse ergab, dass Tiere mit der Abcg8 p.D19H-Variante eine gesteigerte Cholesterinsekretionsrate und eine höhere Cholesterinsättigung der Galle bei unveränderter Gesamtlipidkonzentration aufweisen. Diese Unterschiede wurden durch eine lithogene Diät aufgehoben. Der gewebsspezifische Knock-out von Abcg5/g8 im Darm führte durch Verlust der intestinalen Cholesterinexkretion gleichfalls zu einer gesteigerten Sekretion und einer Übersättigung der Galle mit Cholesterin. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht die Rolle des genetischen Risikofaktors ABCG8 p.D19H in der Pathogenese der Cholelithiasis und erbrachte erstmals den direkten Nachweis der Funktionsveränderung des ABCG5/G8-Transporters durch die p.D19H-Variante in vivo. Damit trägt sie zum besseren molekularen Verständnis dieser Genvariante und ihrer Relevanz für die Gallensteinbildung bei. Als erste Studie zur Auswirkung des gewebsspezifischen Knock out von Abcg5/g8 im Darm weist sie die wichtige Funktion der intestinalen Exkretion für die systemische Cholesterinhomöostase nach.

Biliary lipid secretion in Abcg8 p.D19H-­‐transgenic and intestinal Abcg5/g8-­‐knockout mice Gallstone disease is one of the most common gastrointestinal disorders and causes high socioeconomic costs in our health care systems. The disease mainly affects adults and is promoted by exogenous risk factors. Importantly, hereditary predisposition due to lithogenic genes and their complex interactions contribute to the formation of gallstones. Experimental crosses of inbred mouse strains and genome-­‐wide analyses led to the identification of murine gallstone genes, which were the basis for genome-­‐wide association studies in human cohorts. Several variants predisposing to gallstones were identified, and the strongest effects were demonstrated for the mutation p.D19H of the hepatic and intestinal cholesterol transporter ABCG5/G8. In the present study, the functional consequences of the homozygous and heterozygous ABCG8 p.D19H variant on biliary lipid secretion rate and bile composition were investigated in a transgenic mouse that carries the human mutation. In addition, the hepatic effects of tissue-­‐specific knock-­‐out of Abcg5/g8 in the intestine were determined. To obtain hepatic bile, acute bile fistulas were created surgically using a modified method by Wang & Carey. Biliary concentrations of bile acids, cholesterol and phosphatidylcholine (lecithin) were measured by photometric assays, and secretion rates for bile acids, cholesterol and lecithin were calculated. Using linear regression analyses and hyperbolic saturation binding curves, we assessed the differences in secretion rates and the functional alterations of the ABCG5/G8 transporter. The analyses revealed that mice with the Abcg8 p.D19H variant present with increased biliary cholesterol secretion rate and higher cholesterol saturation of bile in the setting of unchanged total lipid concentration. However, these differences were found to be offset by a lithogenic diet containing butter fat, cholic acid, and cholesterol. Of note, the tissue-­‐specific knock-­‐out of Abcg5/g8 in the intestine also resulted in increased cholesterol secretion and saturation of bile due to loss of fecal cholesterol excretion. The present study clarifies the role of the genetic risk factor ABCG8 p.D19H in the pathogenesis of cholelithiasis and for the first time, provides direct evidence of the functional effects of the lithogenic p.D19H variant in vivo. Thereby it improves our knowledge about this lithogenic gene and its relevance for gallstone formation. As first study of the effects of the intestine-­‐specific knock-­‐out of Abcg5/g8 on biliary lipid secretion, it demonstrates the important function of intestinal excretion for both systemic and biliary cholesterol homeostasis. The elucidation of genetic risk factors and better understanding of hepatic and intestinal cholesterol transport open new avenues for risk assessment, prevention and therapy of gallstones.