Vetmeduni: Franziska Dengler lab

Physiologie und Pathophysiologie

Research

Franziska Dengler lab

Forschung

Unsere Gruppe interessiert sich für Epithelphysiologie, insbesondere im Magen-Darm-Trakt.

Dieses Epithel erfüllt zwei wichtige, zum Teil gegensätzliche Funktionen: Zum einen müssen Nährstoffe, Elektrolyte und Wasser aus dem Lumen aufgenommen werden, damit der Organismus mit diesen Substraten versorgt wird. Andererseits bildet das Darmepithel eine Barriere gegen Antigene im Darmlumen.

Neben dieser funktionellen Herausforderung sind die Enterozyten mit einer einzigartigen Durchblutungssituation konfrontiert. Auf einer Seite der Zellen befindet sich das anaerobe Lumen und auf der basolateralen Seite variiert die Perfusion je nach Verdauungsstatus und anderen systemischen Anforderungen. Somit besteht ein Sauerstoffgradient vom basalen zum apikalen Zellpol und die Zellen leben in einer sogenannten "physiologischen Hypoxie".

Hypoxie, d.h. wenn der zelluläre Sauerstoffbedarf dessen Verfügbarkeit übersteigt, ist in vielen pathologischen Situationen wie Schlaganfällen oder Herzinfarkten ein zentraler Faktor und hat meist schwerwiegende Folgen für das betroffene Gewebe. Während der „physiologischen Hypoxie“ aber scheint es im Darmepithel Strategien zur Bewältigung dieser Herausforderung zu geben. Daher ist dieses Gewebe ideal, um erfolgreiche Anpassungsmechanismen an Hypoxie zu untersuchen.

Confocal laser scanning microscopy of cultivated equine jejunum epithelium cells (cytokeratin green, nuclei blue

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Konfokale Laser Scanning Mikroskopie-Aufnahme von primär kultivierten equinen Jejunumepithelzellen (Cytokeratin grün, Zellkerne blau).

Foto: F. Dengler

Auch im gastrointestinalen Epithel gelingt diese Anpassung nicht immer. Mesenterialinfarkte beim Menschen haben eine äußerst ungünstige Prognose und verlaufen meist tödlich. In der Veterinärmedizin ist dieses Problem bei der Kolik des Pferdes nur allzu bekannt. Hier führen Obstruktionen, Strangulationen oder Thromboembolien zu einer lokalen Hypoxie im Darm mit schweren Komplikationen, die oft tödlich verlaufen.

Ein besseres Verständnis der Risikofaktoren und der Anpassungsmechanismen, die bei diesen Patienten stattfinden oder scheitern, könnte helfen, therapeutische Strategien bei Mensch und Tier zu verbessern und steht daher im Fokus unserer Forschung.

Neben Durchblutungsstörungen geht Hypoxie auch mit entzündlichen Erkrankungen einher, beispielsweise im Rahmen von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (inflammatory bowel disease, IBD) oder Infektionskrankheiten. Daher arbeiten wir in weiteren Projekten auch daran, die Rolle der hypoxischen Anpassung bei IBD sowie bei Infektionskrankheiten wie der Kryptosporidiose zu untersuchen.

Wir verwenden eine Vielzahl von Methoden, die von der Primärzell- und Organoidkultur über die Molekularbiologie bis hin zur Ussing-Kammer-Technik reichen.

Organoide aus dem Pferdedarm unter dem Mikroskop. Foto: F. Dengler

Laufende Projekte

Anpassungsmechanismen an Hypoxie im Darmepithel des Pferdes
Pathophysiologie des intestinalen Glukosetransports bei neonataler Kryptosporidiose bei Kälbern in vitro & in vivo
(gefördert durch eine Anschubfinanzierung der Veterinärmedizinischen Fakultät, Universität Leipzig)
Allheilmittel Butyrat? Evaluierung von Produktion, Wirkung und therapeutischem Potenzial im Colon des Pferdes
(gefördert durch das BMBWF: Sparkling Science 2.0)

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Mikrobielles Butyrat bei Dickdarmerkrankungen des Pferdes: Retter oder Schurke?
(gefördert durch einen Networking Seed Grant der Veterinärmedizinischen Universität Wien)
Einfluss des Trainingseinstiegsalters auf Tierwohl und Leistungsparameter bei Trabrennpferden
(gefördert durch den Verein zur Forschung im Pferdesport FFP e.V.)
Anpassungsmechanismen im Darmepithel bei der idiopathisch entzündlichen Darmerkrankung des Hundes

Konfokale Laser Scanning Mikroskopie-Aufnahme aus dem bovinen Jejunumepithel während einer Infektion mit C. parvum (Occludin grün, Zellkerne blau, C. parvum rot). Foto: S. Kugler

Team

Anna Baltl – Diplomstudentin

TÄ Aurelia Nowak – PhD Studentin

Isabel Schillinger - Diplomstudentin

Nathalie Wagner - Diplomstudentin

Hannah Wickman - Diplomstudentin

Christina Windhaber, Mag. med. vet., DVM – PhD Studentin

Katharina Zednik, MSc - PhD Studentin

Mimi von Zitzewitz - Diplomstudentin

Top 10 Publikationen

Dengler F, Hammon HM, Liermann W, Görs S, Bachmann L, Helm C, Ulrich R, Delling C (2023): Cryptosporidium parvum competes with the intestinal epithelial cells for glucose and impairs systemic glucose supply in neonatal calves. BMC Veterinary Research, accepted.

Dengler F, Sternberg F, Grages M, Kästner S, Verhaar N (2022): Adaptive mechanisms in no flow versus low flow ischemia in equine jejunum epithelium: different paths to the same destination. Frontiers in Veterinary Science; DOI: 10.3389/fvets.2022.947482.

Dengler F, Sova S, Salo AM, Mäki JM, Koivunen P, Myllyharju J (2021): Expression and Roles of Individual HIF Prolyl 4‐Hydroxylase Isoenzymes in the Regulation of the Hypoxia Response Pathway along the Murine Gastrointestinal Epithelium. International Journal of Molecular Sciences 22(8), 4038; DOI: 10.3390/ijms22084038.

Dengler F, Kraetzig A, Gäbel G (2021): Butyrate protects porcine colon epithelium from Hypoxia-induced damage on a functional level. Nutrients 13(2), 305; DOI: 10.3390/nu13020305.

Delling C, Daugschies A, Bangoura B, Dengler F (2019) Cryptosporidium parvum alters glucose transport mechanisms in infected enterocytes. Parasitology Research 118 (12): 3429-41. doi: 10.1007/s00436-019-06471-y.

Dengler F, Gäbel G (2019): The fast lane of hypoxic adaptation: Glucose transport Is modulated via a HIF-hydroxylase-AMPK-axis in jejunum epithelium. International Journal of Molecular Sciences 20 (20). doi: 10.3390/ijms20204993.

Dengler F, Rackwitz R, Pfannkuche H, Gäbel G. (2018): Coping with hypoxia: adaptation of glucose transport mechanisms across equine jejunum epithelium. Journal of Equine Veterinary Science, 69: 1-10. DOI: 10.1016/j.jevs.2018.05.221.

Dengler F, Rackwitz R, Pfannkuche H, Gäbel G. (2017): Glucose transport across lagomorph jejunum epithelium is modulated by AMP-activated protein kinase (AMPK) under hypoxia. Journal of Applied Physiology (1985). DOI: 10.1152/japplphysiol.00436.2017.

Dengler F, Rackwitz R, Benesch F, Pfannkuche H, Gäbel G (2015): Both butyrate incubation and hypoxia upregulate genes involved in the ruminal transport of SCFA and their metabolites. Journal of animal physiology and animal nutrition 99 (2), S. 379–390. DOI: 10.1111/jpn.12201.

Dengler F, Rackwitz R, Benesch F, Pfannkuche H, Gäbel G (2014): Bicarbonate-dependent transport of acetate and butyrate across the basolateral membrane of sheep rumen epithelium. Acta physiologica (Oxford, England) 210 (2), S. 403–414. DOI: 10.1111/apha.12155.

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