Histon-Deacetylase 8 reguliert die NF-κB-assoziierte Entzündung bei asthmatischen Mäusen über H3K9-Acetylierung
Bronchialasthma ist eine chronische Atemwegserkrankung, die durch Atemwegsentzündung, -umbau und -hyperreagibilität gekennzeichnet ist. Während eines Asthmaanfalls werden zahlreiche Entzündungsgene aktiviert, was zur erhöhten Expression von Entzündungsmediatoren führt, die letztendlich zur Hyperreagibilität und zum Umbau der Atemwege beitragen. Der Transkriptionsfaktor Nuclear Factor-kB (NF-κB), bestehend aus Dimeren der Rel-Familie, spielt eine zentrale Rolle bei der Regulation dieser Entzündungsgene. Histon-Deacetylasen (HDACs) sind Schlüsselenzyme, die die Deacetylierung von Histonen und nicht-histonalen Proteinen steuern und so Genexpression sowie zelluläre Prozesse beeinflussen. Frühere Studien zeigten, dass HDAC-Inhibitoren – darunter der HDAC6-Inhibitor Tubastatin A HCl, der HDAC8-Inhibitor PCI-34051 und der Breitband-HDAC-Inhibitor Givinostat – Atemwegsentzündung, -umbau und -hyperreagibilität bei Asthma effektiv lindern können. Die spezifischen Mechanismen, über die HDAC8 Entzündungen bei Asthma reguliert, bleiben jedoch unklar. Diese Studie zielte darauf ab, die Rolle von HDAC8 in der Asthmapathogenese zu klären, insbesondere seine Regulation der NF-κB-assoziierten Entzündung über Histon-H3-Lysin-9 (H3K9)-Acetylierung.
Experimentelles Design und Methoden
Die Studie verwendete weibliche BALB/C-Mäuse (spezifisch pathogenfrei, 6–8 Wochen alt, 18–22 g) von Liaoning Changsheng Biotech Co., Ltd. Alle Verfahren wurden von der Tierethikkommission genehmigt und gemäß den NIH-Richtlinien durchgeführt. 48 Mäuse wurden randomisiert vier Gruppen zugeteilt: Normalgruppe, Asthmagruppe, Dexamethason-Gruppe und PCI-34051-Gruppe. Mäuse in den Asthma-, Dexamethason- und PCI-34051-Gruppen wurden an Tag 1, 8 und 15 mit Ovalbumin (OVA) und Aluminiumhydroxidgel intraperitoneal sensibilisiert. Sieben Tage nach der letzten Sensibilisierung erfolgte OVA-Atomisierung dreimal wöchentlich über acht Wochen. Dexamethason (2,0 mg/kg) und PCI-34051 (0,5 mg/kg) wurden 30 Minuten vor Stimulation intraperitoneal injiziert. Die Normalgruppe erhielt Kochsalzlösung statt OVA.
Die Atemwegshyperreagibilität wurde mittels nicht-invasiver Ganzkörperplethysmographie gemessen, und die Penh-Werte (Enhanced Pause) nach Stimulation mit steigenden Konzentrationen von Acetyl-β-Methacholinchlorid aufgezeichnet. Bronchoalveoläre Lavageflüssigkeit (BALF) wurde gesammelt, und Gesamtzellzahlen bestimmt. Differenzialzellzählungen erfolgten mittels Wright-Giemsa-Färbung. Die Spiegel von Interleukin-4 (IL-4), Interleukin-5 (IL-5), Interferon-γ (IFN-γ) in BALF-Überständen sowie Immunglobulin E (IgE) im Serum wurden mittels ELISA gemessen. Lungengewebe wurde fixiert, in Paraffin eingebettet und mit Hämotoxylin-Eosin (H&E), Alcian-Blau-periodischer Säure-Schiff (AB-PAS) und Masson-Trichrom gefärbt, um Entzündungsinfiltration, Becherzellmetaplasie und Kollagenablagerung zu bewerten. Die Entzündungsinfiltration wurde anhand der Verteilung und Clusterung von Entzündungszellen um die Bronchien auf einer Skala von 0–4 graduiert.
Die HDAC8-Aktivität in Lungenlysaten wurde fluorometrisch gemessen. Die Expression von HDAC8 und H3K9-Acetylierung im Lungengewebe wurde mittels Western Blot und Immunhistochemie analysiert. Die Aktivierung des NF-κB-Signalwegs wurde durch die Expression von NF-κB, phosphoryliertem NF-κB, Inhibitor-κB (IκB) und phosphoryliertem IκB mittels Western Blot bewertet. Statistische Analysen erfolgten mit SPSS 23.0; Gruppenvergleiche mittels t-Test. p-Werte <0,05 galten als signifikant.
Ergebnisse
HDAC8 war in murinen Epithelzellen, alveolären Interstitialzellen und Entzündungszellen der Atemwege während der Asthmapathogenese hochreguliert. Quantitativ zeigten sich unter Dexamethason oder PCI-34051 signifikant reduzierte HDAC8-Expression und -Aktivität in asthmatischem Lungengewebe. PCI-34051 reduzierte die Atemwegshyperreagibilität (verminderte Penh-Werte bei 50 mg/ml Methacholin), senkte Serum-IgE, IL-4 und IL-5 sowie die Gesamtzahl der Entzündungszellen und Eosinophilen im BALF. Histopathologisch verringerte PCI-34051 Entzündungszellinfiltration, Schleimansammlung und subepitheliale Kollagenablagerung.
Der NF-κB-Signalweg war während der asthmatischen Entzündungsreaktion aktiviert, wobei die Expression NF-κB-assoziierter Entzündungsgene eng mit der H3K9-Acetylierung korrelierte. Die H3K9-Acetylierung war in asthmatischem Lungengewebe signifikant erhöht – vorwiegend in Atemwegsepithelzellen und Entzündungszellen lokalisiert – und ging mit einer Hochregulation von NF-κB, phosphoryliertem NF-κB, IκB und phosphoryliertem IκB einher. Dexamethason und PCI-34051 hemmten effektiv die H3K9-Acetylierung und NF-κB-Aktivierung.
Diskussion
HDAC8, ein Mitglied der Klasse-I-HDAC-Familie, reguliert Apoptose, Proliferation und Differenzierung von T-Zellen sowie die Differenzierung und Kontraktion glatter Muskelzellen. Frühere Studien zeigen, dass HDAC8 die Acetylierung von H3K9, H2BK12 und H3K18 moduliert und dadurch die Transkription nachgelagerter Gene beeinflusst. Bei Asthma reguliert die NF-κB-Aktivierung im Lungengewebe direkt die Expression zahlreicher Entzündungsgene. Acetylierungsmodifikationen an H3K9 können die räumliche Chromatinkonformation verändern, wodurch Promotorregionen für die NF-κB-Bindung zugänglich werden. Diese Studie unterstützt die Hypothese, dass HDAC8 über die H3K9-Acetylierung die NF-κB-Aktivierung und damit assoziierte Entzündungsprozesse steuert.
Die antiinflammatorische Wirkung von HDAC8-Inhibitoren scheint über die Regulation der H3K9-Acetylierung und NF-κB-Hemmung vermittelt zu werden. Die genauen epigenetischen Mechanismen, über die HDAC8 die Expression NF-κB-abhängiger Gene beeinflusst, müssen jedoch weiter erforscht werden. Zukünftige Studien sollten gezielte Therapien auf Basis der HDAC8-Inhibition entwickeln.
Zusammenfassung
Diese Studie zeigt, dass HDAC8 bei asthmatischen Mäusen über die Modulation der H3K9-Acetylierung eine kritische Rolle in der Regulation NF-κB-assoziierter Entzündungen spielt. Die Hemmung von HDAC8 durch PCI-34051 reduziert effektiv Atemwegshyperreagibilität, Entzündungszellinfiltration und die Expression von Entzündungsmediatoren. Diese Erkenntnisse unterstreichen das Potenzial von HDAC8-Inhibitoren als Therapieansatz bei Asthma und liefern Einblicke in die epigenetischen Mechanismen der Atemwegsentzündung.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001963