Bedeutung epigenetischer Vorgänge für die oxidierte LDL-induzierte Inflammation in humanen Endothelzellen

Abstract

Kardiovaskuläre Erkrankungen, voranstehend die Atherosklerose, sind nach wie vor in den westlichen Industriestaaten die häufigste Todesursache. Es gilt als bewiesen, dass die Atherosklerose eine chronisch entzündliche Erkrankung darstellt. Das Endothel bildet eine Barriere zwischen Blut und der Gefäßintima. Seine Schädigung ist ein initiales Ereignis in der Entstehung atherosklerotischer Läsionen. Oxidierte Lipoproteine (oxLDL) sind an der Pathogenese der Atherosklerose wesentlich beteiligt. Sie verursachen eine inflammatorische Aktivierung des Endothels und stehen in engem Zusammenhang mit chronisch-vaskulärer Schädigung und koronarer Herzerkrankung. OxLDL induziert die Freisetzung von pro-entzündlichen Zytokinen aus dem Endothel, fördert damit die Einwanderung von inflammatorischen Zellen und führt letztlich zur Entzündung der Gefäßwand mit konsekutiver Atherosklerose. Histonmodifikationen tragen zur Regulation der transkriptionellen Aktivität von Genen bei. Sie subsumieren spezielle chemische Änderungen an DNA stützenden Proteinen. Welchen Stellenwert Histonmodifikationen für die Atherogenese besitzen, ist nahezu unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung von Histonmodifikationen für die oxLDL-verursachte inflammatorische Genexpression zu untersuchen und den Einfluss von Statinen auf diese Modifikationen zu analysieren. OxLDL aktivierte die Sekretion der Zytokine Interleukin 8 (IL-8) und Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP-1), welche für den entzündlichen atherosklerotischen Prozess von großer Bedeutung sind, aus venösen und aortalen Endothelzellen. Diese Sekretion wurde durch den Histon-Deacetylaseinhibitor Trichostatin A verstärkt, während der Cholesterinsenker Simvastatin diese reduzierte. Stimulation mit oxLDL führte zu spezifischen Histonmodifikationen, welche exemplarisch am Histon H3 und am Histon H4 untersucht wurden. Die Inkubation der Endothelzellen mit oxLDL induzierte eine Acetylierung an Histon H4 und eine Acetylierung, Phosphorylierung und Methylierung an Histon H3 sowohl global als auch an den Genpromotoren von il8 und mcp1. Ferner kam es zeitabhängig zur Bindung der RNA-Polymerase II sowie der NF-κB Untereinheit p65 an den il8- und mcp1- Genpromotor. Nach Stimulation mit oxLDL konnten eine zeitabhängige Rekrutierung der Histon-Acetylase CBP/p300 sowie eine verminderte Rekrutierung der Histon- Deacetylasen HDAC1 und HDAC2 an die Promotoren beobachtet werden. Simvastatin reduzierte auf Promotorebene sowohl die Acetylierung, Phosphorylierung und Methylierung des Histon H3 als auch die Bindung der NF-κB Untereinheit p65, der RNA-Polymerase II und Histon-Acetylase CBP/p300 an diesen beiden Modellgenen. Dies war begleitet von einer Wiederherstellung der Bindung der Histon-Deacetylasen HDAC1 und HDAC2 an beide Promotoren. Somit konnte durch Simvastatin die Genexpression fördernde Acetylierung wieder revertiert werden. Exemplarisch wurde auch der Einfluss von oxLDL auf die Expression der Histon- Deacetylasen HDAC1 und HDAC2 in kultivierten Endothelzellen untersucht. OxLDL reduzierten deren Expression. Dies ging einher mit einer Reduktion der globalen HDAC- Aktivität. Endothelzellen humaner explantierter Koronararterien zeigten innerhalb atherosklerotischer Plaques in situ ebenfalls eine verminderte Expression der HDAC2. Diese Ergebnisse indizieren, dass Histonmodifikationen wesentlich an der oxLDL- vermittelten Zytokinproduktion in humanen Endothelzellen beteiligt sein können. Diese Arbeit lässt außerdem vermuten, dass der günstige Effekt von Statinen hinsichtlich kardiovaskulärer Erkrankungen auch auf der Beeinflussung von inflammatorischen Genen durch Histonmodifikationen basiert.

Cardiovascular diseases, notably atherosclerosis are the most common cause of death in western industrial countries. Atherosclerosis is considered a chronic inflammatory disease. The endothelium functions as a barrier that separates blood flow and intima of the vessel wall. Endothelial dysfunction is considered the initial step in the development of atherosclerosis. Inflammatory activation of the endothelium by oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) has been implicated in the development of chronic vascular lesions and coronary heart disease. OxLDL induces the release of cytokines by the endothelium, thereby promoting recruitment of inflammatory cells further aggravating inflammation. Interleukin-8 (IL-8) and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) are proinflammatory cytokines and significantly contribute to the development of atherosclerosis. Increasing evidence indicates that histone modifications may be important for the transcriptional activity state of genes. Histone modifications describe specific alterations of chief proteins of chromatin. In this study the hypothesis that oxLDL-induced inflammatory gene expression is regulated by histone modifications was investigated and it was tried to experience the effect of statins in the regulation of these alterations. OxLDL-related IL-8 and MCP-1 secretion in endothelial cells was reduced by simvastatin but was synergistically enhanced by the histone deacetylase inhibitor trichostatin A. Treatment of endothelial cells with oxLDL induced acetylation of histone H4, and phosphorylation, acetylation and methylation of histone H3, both globally and on the promoters of il-8 and mcp-1. Pre-treatment of oxLDL-exposed cells with simvastatin reduced phosphorylation, acetylation and dimethylation of histone H3, as well as recruitment of histone acetylase CBP 300, NF-κB p65/RelA and of RNA- Polymerase II at the il-8 and mcp-1 gene promoters. Moreover, simvastatin prevented loss of binding of histone deacetylase HDAC1 and HDAC2 to these promoters in oxLDL-exposed cells. Furthermore, oxLDL reduced HDAC1 and 2 expression and simvastatin partly restored oxLDL-related reduction of global HDAC-activity in vitro. Additional in situ experiments indicated decreased expression of HDAC2 in endothelial cells in atherosclerotic plaques of human coronary arteries. Taken together, histone modifications seem to play an important role in oxLDL-induced cytokine production by human endothelial cells. This study also suggests that some beneficial effects of statins in cardiovascular diseases may be based on the regulation of histone modifications of inflammatory genes.