Distribution of Butyrylcholinesterase in the mouse gastrointestinal tract: a morphological study

The Butyrylcholinesterase (BChE) is an hydrolytic enzyme produced and released by liver belonging to the carboxylesterases superfamily. It is present in all mammals and plays an important role in neurotransmission due to its action towards the neurotransmitter Acethylcholine (Ach). In contrast to the long-established and well-defined role of Acethylcholinesterase (AChE) in regulating cholinergic signaling, a true physiological function for BChE remained elusive over many decades. Despite BChE enzymatic activity have already been elucidated, a proper physiological role for that enzyme has yet to be defined. Recent studies rise the interest towards BChE proposing a new challenging and interesting role for that enzyme linked to obesity and appetite regulation: the hydrolysis of the neuropeptide gut hormone, ghrelin. Due to the growing interest for BChE and its role in the field of feeding and appetite regulation, in this thesis a detailed morphological study of the distribution of BChE along the mouse gastrointestinal tract has been performed. Through immunohistochemistry and double labelling immunofluorescence studies, a map of the distribution of the enzyme has been proposed here from the more rostral portion (salivary glands and esophagus) to the more caudal one (large intestine and colon). For each organ of the gastrointestinal tract analyzed, the immunoperoxidase stainings described the distribution of BChE, while the double labelling studies identified the exact cytotype expressing this enzyme. BChE-positive cells were found in the liver, in the ductal portion of salivary glands, in the keratinized layer of the squamous epithelium of the esophagus, in the gastric mucosa (parietal cells), in the intestinal crypts (Paneth cells) and in mucus secreting cells of the duodenal Brunner glands and of the large intestine. Interestingly, the presence of BChE was frequently associated withto the distribution of gastro-intestinal proliferative niches. The presence of BChE in hepatic cholangiocytes, in intestinal Paneth cells and in the glandular portion of the stomach has been reported here for the first time: these results may suggest a role for BChE in the homeostatic control of tissues regeneration. Another possible physiological function for BChE coming from the interpretation of our results could be its action as a detoxifying agent towards ingested compounds. Moreover, the spatial correlation between ghrelin producing cells and BChE-positive parietal cells in the gastric oxyntic mucosa could suggest a BChE hydrolytic function towards ghrelin through a paracrine action. Collectively, the morphological results coming from this thesis work can be proposed as the onset for further experimental projects and studies aiming to clarify the role of BChE in the gastrointestinal tract.

La Butirrilcolinesterasi (BChE) è un enzima idrolitico appartenente alla famiglia delle carbossilesterasi prodotto e secreto dal fegato. È presente in tutti i mammiferi e ricopre un ruolo molto importante nella neurotrasmissione grazie alla sua azione nei confronti del neurotrasmettitore acetilcolina (ACh). Diversamente dal ruolo ben definito dell’acetilcolinesterasi (AChE) nella regolazione del signalling colinergico, per molti anni non è stata attribuita una vera funzione fisiologica alla BChE. Nonostante alcune informazioni relative alla sua attività enzimatica siano già state scoperte, un ruolo fisiologico chiaro deve ancora essere attribuito a questo enzima. Studi recenti hanno accresciuto l’interesse nei suoi confronti delineando un coinvolgimento della BChE nella regolazione dell’appetito e nell’insorgenza dell’obesità, individuando tale enzima come possibile responsabile dell’idrolisi dell’ormone grelina. Dato l’interesse crescente per la BChE e il suo rapporto con aspetti metabolici nell’ambito della regolazione dell’appetito, in questo lavoro di tesi è stata realizzata una mappatura morfologica dettagliata della distribuzione di questo enzima nel tratto gastrointestinale di topo. Attraverso tecniche di immunoistochimica e studi di immunofluorescenza con doppie marcature abbiamo realizzato una mappatura dell’enzima dalla porzione più rostrale (ghiandole salivari ed esofago), fino alla più caudale (intestino tenue e colon). Per ogni organo del tratto gastrointestinale analizzato le reazioni di immunoperossidasi qui svolte mostrano la distribuzione della BChE, mentre le doppie marcature identificano attraverso microscopia a fluorescenza confocale gli esatti citotipi che esprimono l’enzima. Cellule positive per la BChE sono state identificate nel fegato, nella porzione duttale delle ghiandole salivari, nell’epitelio cheratinizzato dell’esofago, nella porzione ghiandolare della mucosa gastrica (cellule parietali), nelle cripte intestinali (cellule di Paneth), e nelle cellule a secrezione mucosa del colon e duodenali (ghiandole di Brunner). È interessante notare come la BChE sia presente vicino alle nicchie proliferative gastrointestinali. È stata riportata qui per la prima volta la presenza di BChE nei colangiociti epatici, nelle cellule di Paneth e nella porzione ghiandolare dello stomaco: risultati che possono suggerire un ruolo di controllo per la BChE nei confronti dell’omeostasi e della rigenerazione tissutale. Un altro possibile ruolo fisiologico per la BChE derivante dall’ interpretazione dei nostri dati potrebbe essere la sua azione come agente detossificante nei confronti dei composti introdotti con la dieta. Inoltre, la correlazione spaziale tra le cellule che producono grelina e le cellule parietali positive alla BChE nella mucosa ossintica gastrica, potrebbe suggerire un ruolo idrolitico verso la grelina tramite un’azione paracrina, fin’ora mai proposto. Complessivamente, i dati morfologici proposti in questo lavoro di tesi possono essere visti come un importante punto di partenza per progetti sperimentali e studi futuri volti a chiarire l’esatto ruolo della BChE nel tratto gastrointestinale.