Inulin diet uncovers complex diet-microbiota-immune cell interactions remodeling the gut epithelium

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Correa, Renan Oliveira ; Castro, Pollyana Ribeiro ; Fachi, Jose Luis ; Nirello, Vinicius Dias ; El-Sahhar, Salma ; Imada, Shinya ; Pereira, Gabriel Vasconcelos ; Pral, Lais Passariello ; Pereira Araujo, Nathalia Vitoria ; Fernandes, Mariane Font ; Matheus, Valquiria Aparecida ; de Souza Felipe, Jaqueline ; dos Santos Pereira Gomes, Arilson Bernardo ; de Oliveira, Sarah ; de Rezende Rodovalho, Vinicius ; Machado de Oliveira, Samantha Roberta ; de Assis, Helder Carvalho ; Oliveira, Sergio Costa ; Dos Santos Martins, Flaviano ; Martens, Eric ; Colonna, Marco ; Varga-Weisz, Patrick ; Ramirez Vinolo, Marco Aurelio

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: MICROBIOME; v. 11, n. 1, p. 25-pg., 2023-04-26.

Resumo

Background The continuous proliferation of intestinal stem cells followed by their tightly regulated differentiation to epithelial cells is essential for the maintenance of the gut epithelial barrier and its functions. How these processes are tuned by diet and gut microbiome is an important, but poorly understood question. Dietary soluble fibers, such as inulin, are known for their ability to impact the gut bacterial community and gut epithelium, and their consumption has been usually associated with health improvement in mice and humans. In this study, we tested the hypothesis that inulin consumption modifies the composition of colonic bacteria and this impacts intestinal stem cells functions, thus affecting the epithelial structure. Methods Mice were fed with a diet containing 5% of the insoluble fiber cellulose or the same diet enriched with an additional 10% of inulin. Using a combination of histochemistry, host cell transcriptomics, 16S microbiome analysis, germ-free, gnotobiotic, and genetically modified mouse models, we analyzed the impact of inulin intake on the colonic epithelium, intestinal bacteria, and the local immune compartment. Results We show that the consumption of inulin diet alters the colon epithelium by increasing the proliferation of intestinal stem cells, leading to deeper crypts and longer colons. This effect was dependent on the inulin-altered gut microbiota, as no modulations were observed in animals deprived of microbiota, nor in mice fed cellulose-enriched diets. We also describe the pivotal role of d T lymphocytes and IL-22 in this microenvironment, as the inulin diet failed to induce epithelium remodeling in mice lacking this T cell population or cytokine, highlighting their importance in the diet-microbiota- epithelium-immune system crosstalk. Conclusion This study indicates that the intake of inulin affects the activity of intestinal stem cells and drives a homeostatic remodeling of the colon epithelium, an effect that requires the gut microbiota,.gamma delta T cells, and the presence of IL-22. Our study indicates complex cross kingdom and cross cell type interactions involved in the adaptation of the colon epithelium to the luminal environment in steady state. (AU)

• Processo FAPESP: 16/23142-3 - Interação entre HIF-1 e ácidos graxos de cadeia curta no intestino: qual o papel da acetilação de HIF-1?
• Beneficiário: Renan Oliveira Corrêa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 21/06572-2 - Remodelação da cromatina na Colite em células epiteliais intestinais
• Beneficiário: Gabriel Vasconcelos Pereira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/06372-3 - Aquisição de citômetro de fluxo multiparamétrico
• Beneficiário: Alessandro dos Santos Farias
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 19/16113-5 - Remodelamento da cromatina na interação hospedeiro-microbiota em condição de saúde e doença
• Beneficiário: Patrick Daniel Varga-Weisz
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa SPEC
• Processo FAPESP: 19/02640-3 - Papel da dieta rica em fibra na função das células-tronco intestinais e seu nicho
• Beneficiário: Renan Oliveira Corrêa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 18/15313-8 - Análise dos mecanismos moleculares envolvidos na interação de metabólitos da microbiota e células do hospedeiro durante a inflamação
• Beneficiário: Marco Aurélio Ramirez Vinolo
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Processo FAPESP: 20/02919-5 - Efeito da inulina e de Ácidos Graxos de Cadeia Curta (AGCC) sobre o fator induzível por hipóxia 1 (HIF-1) e seus genes alvos em células epiteliais e células-tronco intestinais
• Beneficiário: Pollyana Ribeiro Castro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/16280-3 - Relevância da interação entre HIF-1 e os ácidos graxos de cadeia curta no intestino em condições fisiológica e patológica (inflamação intestinal)
• Beneficiário: Marco Aurélio Ramirez Vinolo
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 20/14071-0 - EMU concedido no processo 19/16113-5: Chromium Controller & Next GEM Accessory Kit
• Beneficiário: Patrick Daniel Varga-Weisz
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 21/00393-9 - Papel da acetilação de histonas na relação entre expressão de genes e metabolismo celular no intestino
• Beneficiário: Vinícius Dias Nirello
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 17/06577-9 - Mecanismos envolvidos no efeito protetor dos ácidos graxos de cadeia curta frente à colite associada ao Clostridium difficile
• Beneficiário: José Luís Fachi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 20/13689-0 - O papel da crotonilação de histonas em células tronco intestinais
• Beneficiário: Laís Passariello Pral
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 21/05269-4 - Identificação de mecanismos específicos de remodelamento
• Beneficiário: Nathália Vitória Pereira Araújo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/02312-3 - Estudo do efeito dos ácidos graxos de cadeia curta no processo de regeneração tecidual durante a colite experimental
• Beneficiário: Arilson Bernardo dos Santos Pereira Gomes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 18/10165-0 - Papel dos metabólitos derivados da microbiota, ácidos graxos de cadeia curta, sobre as células linfoides inatas
• Beneficiário: José Luís Fachi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 20/00311-0 - Papel de linfócitos T ³´ nas adaptações do epitélio intestinal provocadas por dieta rica em inulina
• Beneficiário: Helder Carvalho de Assis
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto