Книга Эпигенетика. Управляй своими генами - Михаил Гаврилов

Однако при инкубации с бутиратом уровни NO, IL-6 и IL-12p40 были существенно снижены (Чанг и др., 2014). При пероральном введении мышам, получавшим антибиотики, бутират индуцировал аналогичное снижение транскриптов IL-6, Nos2, IL-12a и IL-12b в макрофагах. Бутират увеличил ацетилирование гистона H3 макрофага. Кроме того, промоторные области Nos2, IL-6 и IL-12b характеризовались повышенным ацетилированием гистона 3 лизина 9 и уменьшали присутствие РНК-полимеразы-II, связанной с репрессией транскрипции генов. Таким образом, бутират-опосредованное ингибирование HDAC может участвовать в регуляции активации макрофагов.

Другим регуляторным механизмом, влияющим на индукцию эпигенетической модификации макрофагов, является сигнализация TLR[54]. В макрофагах TLR вызывает индуцированную активацию гистоновых деацетилаз (HDAC) и гистоновых деметилаз для увеличения положительных меток гистона, приводящих к транскрипции генов, связанных с воспалением, и инициации врожденных иммунных реакций (Бариш и др., 2010).

В совокупности было предложено, что эпигенетический ландшафт, контролирующий воспалительные реакции микрофагов, модулируется либо непосредственно компонентами бактериальной клеточной стенки, такими как ЛПС, либо метаболитами бактерий, такими как КЦЖК.

7.3. Клетки кишечного эпителия

Кишечный эпителий, отделяющий люминальную микробиоту (находящуюся на поверхности ворсинок, ближе к просвету кишечника) от иммунной системы слизистой оболочки, играет центральную роль в поддержании различных аспектов кишечного гомеостаза (равновесия).

Клетки кишечного эпителия (ККЭ) действуют как физический барьер для разделения микробных образований, а также для интеграции микробных сигналов из кишечного микроокружения с целью регуляции экспрессии генов и кишечного гомеостаза. Все это влияет на реактивность иммунных клеток и способствует отделению патогенных микроорганизмов из комменсальных (Artis 2008). Таким образом, ККЭ могут реагировать на изменения в микробиоме через эпигенетические изменения, которые в свою очередь настраивают работу генов хозяина. Например, уровень метилирования в 50-й области гена TLR4 в ККЭ был значительно снижен у мышей-гнотобионтов по сравнению с обычными мышами, что позволяет предположить, что комменсальные бактерии играют определенную роль в регуляции кишечного воспаления через их влияние на экспрессию TLR4 (Такаши и др., 2011).

Кроме того, деацетилирование гистонов, а также метилирование ДНК в 50-й области гена TLR4 у человека снижали уровень его транскрипции, что приводило к нарушению ответа TLR4 на его агонист-липополисахарид (Аленгат и Артис, 2014).

Экспрессия HDAC3 была достоверно снижена в ККЭ, взятых у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК), по сравнению с контрольными пациентами, что указывает на то, что снижение экспрессии HDAC3 в ККЭ может быть связано с активацией ВЗК (Аленгат и др., 2013).

В ККЭ у HDAC3-дефицитных мышей нарушались барьерные функции и развивалось спонтанное кишечное воспаление, в том числе повышенная восприимчивость к ВЗК. Интересно, что делеция HDAC3 в ККЭ, полученных от мышей-гнотобионтов, не показала аналогичного эффекта на транскрипционные пути ККЭ, барьерную функцию и восприимчивость к ВЗК, что потенциально указывает на то, что HDAC3 – опосредованная регуляция транскрипции ККЭ – требует колонизации симбионтными бактериями.

В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что HDAC контролирует воспаление, целостность структуры ККЭ и гомеостаз кишечника.

Кроме комменсальных бактерий, было показано, что специфические патогены влияют на эпигеном ККЭ хозяина. Например, гастрит, вызванный Helicobacter pylori, был связан с гиперметилированием MGMT – гена, который кодирует метилтрансферазу ДНК, участвующую в восстановлении естественно возникающих мутаций ДНК. Гиперметилирование MGMT снижает его уровень в эпителии желудка, что приводит к нарушению репарации ДНК и усилению мутагенеза в слизистой оболочке желудка (Сепулведа и др., 2010).

Введенный перорально патоген Porphyromonas gingivalis[55] вызывал снижение экспрессии ДНК-метил– трансферазы (DNMT1) и гистондезацетилазы в эпителиальных клетках (Инь и Чунг, 2011). Эти примеры предполагают, что дисбиотические и/или патогенные бактерии могут оказывать важное провоспалительное (повышающее воспаление) действие, опосредованное изменениями эпигенетического ландшафта хозяина.

7.4. Эпигенетические модификации, связанные с микробиомом, влияющие на нормальную физиологию

Желудочно-кишечный тракт предназначен для поддержания физиологического гомеостаза при постоянных изменениях окружающей среды, таких как различная доступность питательных веществ и наличие огромного количества комменсального микробиома, а иногда вторгающихся патогенов. Микробиом кишечника способствует этой стабильности путем передачи и обработки сигналов окружающей среды для регулировки физиологического гомеостаза хозяина. В этом разделе мы познакомимся с вкладом микробиоты в поддержание гомеостаза хозяина через эпигенетическую модификацию.

1. Беременность

Период беременности жизни млекопитающих, как известно, чувствителен к эпигеномной регуляции, которая может влиять как на мать, так и на потомство (Ли, 2015). Во время беременности питание матери может эпигенетически модулировать ДНК плода таким образом, что это может повлиять на его будущие риски развития сахарного диабета 2-го типа (СД2), сердечно-сосудистых заболеваний и ожирения (Савонна Вентура, 2015). Достаточно подробно немикробиомные аспекты мы разбирали во второй главе «Подготовка к зачатию, беременность и питание».

Роль микробиома в этом контексте только начинает выясняться. Воздействие на беременную мышь грамотрицательной бактерией Acinetobacter lwoffii было связано с эпигеномными изменениями в CD4 Th1-клетках плода. Ацетилирование Н4 на провоспалительном ИФНγ-промоторе гена увеличивало его экспрессию, в то время как снижение ацетилирования Н4 в промоторе гена IL-4 вызывало снижение экспрессии IL-4, таким образом защищая потомство от экспериментально вызванной астмы (Брандт и др., 2011).