Die Bildung von Ceramid in Tight Junctions erhöht die transepitheliale Permeabilität

Einleitung: Ceramid gewinnt mehr und mehr an Bedeutung als second messenger bei zellulärer Stimulation durch verschiedene Rezeptoren (z.B. TNF, CD95, CD40), Strahlen- und Chemotherapie sowie Infektionen mit Bakterien oder Viren. Viele der bisher bekannten Signalmoleküle bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (z.B. TNF, PAF, IFN-γ) führen zur Ceramidbildung durch Aktivierung von Sphingomyelinasen (Smasen). Wir konnten zeigen, dass die Hydrolyse von Sphingomyelin durch exogene Smase zu einer erhöhten Permeabilität von intestinalen Epithelzellen führt. Zur weiteren Charakterisierung des zugrundeliegenden Mechanismus untersuchten wir die dabei auftretenden Lipidveränderungen.

Methoden und Ergebnisse: Es wurden sphingolipid- und cholesterinreiche Mikrodomänen durch diskontinuierliche Sucrosegradienten isoliert. Diese Präparationen zeigten eine deutliche Assoziation mit Tight-Junction-Proteinen wie Occludin und Claudin 4. Massenspektrometrische Lipidbestimmungen der verschiedenen Membranfraktionen, demonstrierten die Anreicherung von Ceramid in den sphingolipid- und cholesterinreichen Mikrodomänen mit gleichzeitiger Abnahme von Sphingomyelin und Cholesterin. Diese Ergebnisse wurden durch immunhistochemische anti-Ceramid-Färbungen bestätigt, bei denen sich vermehrt Ceramidcluster im Bereich von Zell-Zellkontakten zeigten. Die Untersuchung der epithelialen Barriere an Caco-2 Zellmonolayern zeigte eine Zunahme der Permeabilität sowohl durch exogene Smase als auch durch kurzkettiges C2-Ceramid. Durch Neutralisation von Oberflächenceramid konnte die durch PAF vermittelte Permeabilität blockiert werden.

Zusammenfassung: Die durch Smasen verursachte Ceramidbildung führt zur Akkumulation von Ceramid in den Tight-Junction-bildenden Mikrodomänen bei gleichzeitiger Abnahme der Sphingomyelin- und Cholesterinkonzentration. Diese Veränderungen der Lipidzusammensetzung führen zu einer vermehrten epithelialen Permeabilität die den Verlust der Barrierefunktion auf verschiedene zelluäre Stimuli erklären könnte.