Experimental studies on dietary fibers:Pattern recognition receptor interactions

Een aantal ziektes zoals astma, darmziekten, en auto-immuunziekten komen vaker voor in westerse landen in vergelijking met landen in de derde wereld. Een mogelijke oorzaak hiervoor is de lagere hoeveelheid voedingsvezels in het westerse dieet. Meestal wordt het positieve effect van voedingsvezels toegeschreven aan hun invloed op de darmflora. Wij laten hier echter zien dat directe interactie tussen voedingsvezels en pattern recognition receptoren (PRRs) die voorkomen op immuuncellen ook een rol kunnen spelen. Graan voedingsvezels zoals β-glucaan, arabinoxylaan, en pectine werden gebruikt om de interactie tussen voedingsvezels en PRRs zoals Dectin-1 en Toll-like receptoren (TLRs) te bestuderen. We laten zien dat β-glucaan het immuunsysteem meer activeert door Dectin-1 te stimuleren na behandeling met enzymen afkomstig van de darmflora. Daarnaast demonstreren we dat arabinoxylaan, een voedingsvezel die qua chemische structuur erg lijkt op β-glucaan, ook Dectin-1 receptoren kan activeren. We hebben ook gevonden dat β-glucaan zorgt voor een synergie in immuunstimulatie door zowel Dectin-1 als TLR4 te activeren. Hierin zagen we duidelijke verschillen tussen β-glucaan deeltjes of oplosbaar β-glucaan. Om de relatie tussen vezelstructuur en interactie met PRRs verder te onderzoeken, hebben we gebruik gemaakt van citroen pectine met verschillende gradaties van methyl esterificatie (DM). Laag DM pectine kan activatie van TLR2 blokkeren door aan deze receptor te binden. Dit resulteerde in een remmend effect van pectine op inflammatie in een diermodel waarbij inflammatie in de darmen was opgewekt met chemotherapie. De binding van laag DM pectine aan TLR2 was met behulp van elektrostatische interacties. Deze verschillende mechanismen van immuunmodulerende effecten van voedingsvezels kunnen toegepast worden voor de ontwikkeling van voeding voor dier en mens om de gezondheid te verbeteren.Increased frequency of immunological disorders in western society has been described to be because of lower consumption of dietary fibers. The immunomodulatory effects of dietary fibers can be through the fermentation by intestinal microbiota, producing immune-regulatory SCFAs. However, SCFA independent immunomodulatory effects have also been described through direct interaction with immune receptors. Pattern recognition receptors (PRRs) are the first line of immune receptors expressed in intestinal lumen. In this thesis we studied the immunomodulatory effects of dietary fibers through interaction with PRRs. Cereal grain dietary fibers like β-glucan, arabinoxylan and pectin were studied for their interaction with PRRs like Dectin-1 and Toll-like receptors (TLRs). We have shown that dietary β-glucan can have increased immune stimulation after digestion by microbiota derived enzymes through activation of Dectin-1. Arabinoxylan, a cereal grain dietary fiber having structural similarity with β-glucan, also activated Dectin-1 receptor. We also demonstrated that β-glucan can synergistically activate Dectin-1 and TLR4, which leads to differential activation by soluble and particulate β-glucan. To further illustrate the structure to effector function of dietary fibers, we studied lemon pectin having different degrees of methyl esterification (DM). We have shown that low DM pectin can bind and inhibit TLR2 which results in anti-inflammatory effect of pectin in chemotherapy induced intestinal inflammations. The binding of pectin with TLR2 is through electrostatic interactions and specific for low DM pectin. These different mechanisms of immunomodulatory effects of dietary fibers can be used for feed/ food applications and can be instrumental to reduce immunological disorders