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Functional and structural alterations of epithelial barrier properties of rat ileum following X-irradiation

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Irradiation of the digestive system leads to alterations of the small intestine. We have characterized the disruption of the barrier integrity in rat ileum from 1 to 14 days following irradiation ranging from 6 to 12 Gy. The intestinal permeability to 14C-mannitol and 3H-dextran 70 000 was measured in vitro in Ussing chambers. In parallel to these functional studies, immunohistochemical analyses of junctional proteins (ZO-1 and β-catenin) of ileal epithelium were performed by confocal microscopy. Irradiation with 10 Gy induced a marked decrease in epithelial tissue resistance at three days and a fivefold increase in mannitol permeability, without modifications of dextran permeability. A disorganization of the localization for ZO-1 and β-catenin was also observed. At 7 days after irradiation, we observed a recovery of the organization of junctional proteins in parallel to a return of intestinal permeability to control value. In addition to these time-dependent effects, a gradual effect on epithelial integrity of the radiation doses was observed 3 days after irradiation. This study shows a disruption of the integrity of the intestinal barrier in rat ileum following abdominal X-irradiation, depending on the time postirradiation and on the delivered dose. The loss of barrier integrity was characterized by a disorganization of proteins of tight and adherent junctions, leading to increased intestinal permeability to mannitol.Key words: intestinal permeability, ZO-1, β-catenin, tight and adherent junctions.

L'irradiation du système digestif entraîne des dysfonctionnements de l'intestin grêle. Nous avons caractérisé la perte de l'intégrité de la barrière intestinale dans l'iléon de rats pendant une période de 1 à 14 jours après une irradiation de 6 à 12 Gy. La perméabilité intestinale au 14C-mannitol et au 3H-dextran 70 000 a été mesurée in vitro dans des chambres de Ussing. Parallèlement à ces études fonctionnelles, des analyses immunohistochimiques des protéines jonctionnelles (ZO-1 et β-caténine) de l'épithélium iléal ont été effectuées par microscopie confocale. Une irradiation de 10 Gy a provoqué au jour 3 une diminution marquée de la résistance tissulaire épithéliale et une augmentation d'un facteur 5 de la perméabilité au mannitol, mais elle n'a pas modifié la perméabilité au dextran. Une désorganisation de la localisation des protéines ZO-1 et β-caténine a aussi été observée. Sept jours après l'irradiation, un rétablissement de l'organisation des protéines fonctionnelles a été observé parallèlement avec un retour de la perméabilité intestinale à la valeur témoin. En plus de ces effets dépendants du temps, un effet graduel des doses de radiation sur l'intégrité épithéliale a été observé trois jours après l'irradiation. En conclusion, cette étude montre une perte de l'intégrité de la barrière intestinale dans l'iléum de rat après une irradiation X abdominale, dépendante du temps post-irradiation et de la dose administrée. La perte de l'intégrité de la barrière a été caractérisée par une désorganisation des protéines de jonctions serrées et adhérentes, ce qui a conduit à une augmentation de la perméabilité intestinale au mannitol.Mots clés : perméabilité intestinale, ZO-1, β-caténine, jonctions serrées et adhérentes.[Traduit par la Rédaction]
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Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2004

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