Histonazetylierung - epigentische Modifikationen als Regulator der intestinalen Effektor T-Helferzellantwort
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Erbmaterial, die so genannte DNA, ist um Histone organisiert. Diese Histone können verschiedene Ausprägungen der Azetylierung annehmen und so die Transkription, also das Ablesen des Erbmaterials steuern. Der Zustand der Azetylierung wird durch zwei Enzymgruppen reguliert, die Histon-Azetyltransferasen und die Histon-Deazetylasen (HDAC). Für die Gruppe der HDAC stehen unspezifische Inhibitoren zur Verfügung, die initial für ihre anti-proliferativen Eigenschaften beschrieben wurden. In eigenen Vorarbeiten konnten wir eine zusätzliche anti-inflammatorische Wirkung sowohl in der Zellkultur als auch in verschiedenen Modellen der intestinalen Entzündung nachweisen. In anknüpfenden Experimenten konnten wir darüber hinaus zeigen, dass HDAC-Inhibitoren auch die entzündungsvermittelte Karzinogenese im Kolon hemmen kann. Bei den Modellen der entzündungsvermittelten Karzinogenese stellte sich die Frage, in wieweit diese Modelle dem humanen Krankheitsbild ähneln. Ein Charakteristikum der Colitis ulcerosa-assoziierten Karzinome ist das Auftreten der Aneuplodie, d.h. einer chromosomalen Instabilität. Untersucht man dies in den Tiermodellen, so weist nur das Modell der Azoxymethan(AOM)-Dextran-Sodium-Sulfat (DSS)-induzierten Karzinome nicht aber die IL-10-/--Tiere eine Aneuplodie auf. Das AOM-DSS-Modell ist damit in Bezug auf die Aneuplodie dem Colitis ulcerosa-assoziierten Karzinom des Menschen näher. Ziel des vorliegenden Antrages war es, die zugrunde liegenden Mechanismen auf zellulärer Ebene zu verstehen, sowie den Effekt einzelner HDAC funktionell zu charakterisieren, mit dem Ziel, langfristig mit spezifischen Inhibitoren arbeiten zu können. Auf zellulärer Ebene konnten wir in Bezug auf T-Zellen zeigen, dass die HDAC-Inhibition eine Polarisation von regulatorischen T-Zellen begünstigt und die von pro-inflammatorischen Th17-Zellen supprimiert. Dieser Effekt wird über die Expression des IL-6-Rezeptors reguliert. Auf Ebene der Makrophagen führt die HDAC-Inhibition zu einer Suppression von pro-inflammatorischen Zytokinen, der Antigenpräsentation sowie der Phagozytose. Die Analyse der Funktion von HDAC5 in Makrophagen in Zellmodellen mit spezifischer Überexpression bzw. Knockdown, aber auch erste Ergebnisse aus primären HDAC5-defizienten Makrophagen deuten auf eine wichtige pro-inflammatorische Funktion von HDAC5 hin. In dem Modell der chemischinduzierten DSS-Kolitis entwickelten die HDAC5-/--Tiere eine ausgeprägtere Kolitis. Ob dies durch eine fehlregulierte Abwehrfunktion der Makrophagen begründet ist, stellt den Gegenstand aktueller Untersuchungen dar. HDAC regulieren nicht nur die Azetylierung von Histonen sondern auch von Nicht- Histonproteinen und können so in die Signaltransduktion eingreifen. Es konnten verschiedene Bindungspartner von HDAC5 identifiziert worden. Ein Bindungspartner ist IκBNS, dessen Funktion für die Anwesenheit von regulatorischen T-Zellen in der intestinalen Mukosa essentiell ist. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass das bessere Verständnis sowohl auf zellulärer Ebene als auch in Bezug auf die Funktion spezifischer HDAC essentiell ist. Nur mit diesen Informationen können perspektivisch spezifische HDAC-Inhibitoren die bislang eingesetzten pan-HDAC-Inhibitoren ersetzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Histone hyperacetylation is associated with amelioration of experimental colitis in mice. J Immunol (2006) 176:5015-5022
Glauben, R., Batra, A., Fedke, I., Zeitz, M., Lehr, H.A., Leoni, F., Mascagni, P., Fantuzzi, G., Dinarello, C.A., and Siegmund, B.
- Histone deacetylases: novel targets for prevention of colitis-associated cancer in mice. Gut (2008) 57:613-622
Glauben, R., Batra, A., Stroh, T., Erben, U., Fedke, I., Lehr, H.A., Leoni, F., Mascagni, P., Dinarello, C.A., Zeitz, M. and Siegmund B.
- HDAC inhibitors in models of inflammation-related tumorigenesis. Cancer Lett (2009) 280:154-159
Glauben, R., Sonnenberg, E., Zeitz, M., and Siegmund, B.
- Molecular basis of histone deactylase inhibitor as new drugs for the treatment of inflammatory diseases and cancer. Methods Mol Biol (2009) 512:365-76
Glauben R., Siegmund B.
- Characterization of chromosomal instability in murine colitis-associated colorectal cancer. PLoS One (2011) 6:e22114
Gerling G., Glauben R., Habermann JK, Kühl KK, Loddenkemper C, Lehr HA, Zeitz M, Siegmund B.
- Inhibition of histone deacetylase in inflammatory bowel diseases. Mol Med (2011) 17:426-33
Glauben R., Siegmund B.
- IkB(NS) protein mediates regulatory T cell development via induction of the Foxp3 transcription factor. Immunity (2012) 37:998-1008
Schuster M, Glauben R, Plaza-Sirvent C, Schreiber L, Annemann M, Floess S, Kühl KK, Clayton LK, Sparwasser T, Schulze-Osthoff K, Pfeffer K, Huehn J, Siegmund B, Schmitz I
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.immuni.2012.08.023) - Histone deacteylase (HDAC) inhibitors modulate IL-6-dependent CD4+ T cell polarization in vitro and in vivo. J Biol Chem
Glauben R, Sonnenberg E, Wetzel M, Mascagni P, Siegmund B
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.M113.517599)
