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培養におけるヒト大腸組織の分化。カルシウムが経上皮電気抵抗および組織凝集特性に及ぼす影響
Differentiation of human colon tissue in culture: Effects of calcium on trans-epithelial electrical resistance and tissue cohesive properties.
PMID: 32134920 PMCID: PMC7058309. DOI: 10.1371/journal.pone.0222058.
抄録
背景および目的:
低カルシウム（0.25 mM）条件下で維持されたヒトコロノイド培養物は、自然に分化を受け、同時に、高レベルのタイトジャンクションタンパク質を発現しますが、デスモソームタンパク質は発現しません。カルシウムを 1.5-3.0 mM の最終濃度まで添加すると、タイトジャンクションタンパク質の発現にはほとんど変化がないが、デスモソームタンパク質の発現が強く上昇し、デスモソーム形成が増加する。本研究の目的は、カルシウムが介在するバリアタンパク発現の違いが機能的に及ぼす影響を評価することであった。
BACKGROUND AND AIMS: Human colonoid cultures maintained under low-calcium (0.25 mM) conditions undergo differentiation spontaneously and, concomitantly, express a high level of tight junction proteins, but not desmosomal proteins. When calcium is included to a final concentration of 1.5-3.0 mM (provided either as a single agent or as a combination of calcium and additional minerals), there is little change in tight junction protein expression but a strong up-regulation of desmosomal proteins and an increase in desmosome formation. The aim of this study was to assess the functional consequences of calcium-mediated differences in barrier protein expression.
方法:
ヒト結腸体由来上皮細胞を低カルシウムまたは高カルシウム条件下でトランスウェル培養し、コンフルエント単分子膜を横切る上皮電気抵抗（TEER）を測定することにより、単分子膜の完全性とイオン透過性を調べた。コロノイドの凝集性を並行して評価した。
METHODS: Human colonoid-derived epithelial cells were interrogated in transwell culture under low- or high-calcium conditions for monolayer integrity and ion permeability by measuring trans-epithelial electrical resistance (TEER) across the confluent monolayer. Colonoid cohesiveness was assessed in parallel.
結果:
TEER値は低カルシウム環境では高かったが、カルシウムに反応して上昇した。さらに、コロノイドの凝集力はカルシウムの補充により大幅に増加した。両方のアッセイにおいて、マルチミネラル介入に対する反応はカルシウム単独に対する反応よりも大きかった。これらの所見と一致するように、タイトジャンクションのいくつかの成分は0.25 mMカルシウムで発現したが、これらはカルシウム補給では実質的に増加しなかった。対照的に、カドヘリン-17およびデスモグレイン-2は、低カルシウム条件下では弱い発現であったが、介入により増加した。
RESULTS: TEER values were high in the low-calcium environment but increased in response to calcium. In addition, colonoid cohesiveness increased substantially with calcium supplementation. In both assays, the response to multi-mineral intervention was greater than the response to calcium alone. Consistent with these findings, several components of tight junctions were expressed at 0.25 mM calcium but these did not increase substantially with supplementation. Cadherin-17 and desmoglein-2, in contrast, were weakly-expressed under low calcium conditions but increased with intervention.
結論:
これらの所見は、低周囲カルシウムレベルが大腸上皮における透過性バリアの形成を支持するのに十分であることを示している。カルシウム濃度が高いと組織の凝集が促進され、バリア機能が強化される。これらの知見は、カルシウム摂取レベルの広い範囲では結腸組織学的特徴にほとんど変化がないにもかかわらず、適切なカルシウム摂取がバリア機能を改善することで結腸の健康にどのように寄与しているかを説明するのに役立つかもしれない。
CONCLUSIONS: These findings indicate that low ambient calcium levels are sufficient to support the formation of a permeability barrier in the colonic epithelium. Higher calcium levels promote tissue cohesion and enhance barrier function. These findings may help explain how an adequate calcium intake contributes to colonic health by improving barrier function, even though there is little change in colonic histological features over a wide range of calcium intake levels.