DNA甲基化模块在气道平滑肌与哮喘严重程度有关
- 马克·m·佩里1,
- 保罗薰衣草2,
- Chih-hsi斯科特郭3,
- 弗朗西斯卡盔状突起物4,
- Charalambos Michaeloudes5,
- 詹姆斯·m·弗拉纳根5,
- Kian粉丝涌5和
- 伊恩·m·爱德考克5
- 1制药和生物医学科学学院,朴茨茅斯大学,英国朴茨茅斯
- 2MRC中心和英国哮喘在过敏性哮喘的机制,伦敦国王学院,伦敦,英国
- 3发现科学组、部门的计算,伦敦帝国理工学院,英国伦敦
- 4表观遗传学单位、部门的手术和癌症,伦敦帝国理工学院,英国伦敦
- 5呼吸道疾病,国家心肺研究所、帝国理工学院、伦敦和皇家主管布朗普顿NIHR地铁站生物医学研究单位,伦敦,英国
- 马克·m·佩里,制药和生物医学科学学院,朴茨茅斯大学,圣迈克尔的建筑,白天鹅,英国警察甲2 dt,朴茨茅斯。电子邮件:mark.perry在{}port.ac.uk
文摘
不正常的DNA甲基化模式区分气道平滑肌细胞功能在哮喘和哮喘严重程度http://ow.ly/cTrK30iCwVK
编辑器:
哮喘是一种慢性气道炎症性疾病的特点是气道高反应性、气道炎症和重塑,包括平滑肌细胞(ASMC)增生和牙龈气道纤维化(1,2]。从严重的哮喘病患者asmc hyperproliferative,释放更多的促炎细胞因子和corticosteroid-insensitive比较与健康个体,不重的哮喘患者3,4]。遗传和表观遗传过程,如microrna的表达和DNA甲基化与哮喘发病机理(5]。事实上,哮喘血细胞DNA甲基化改变(5和可能的生物标志物特异性反应6]。
我们假定的全基因组分析的DNA甲基化改变mRNA和microrna的表达将揭示见解通路驾驶严重哮喘尤其是asmc的功能异常的疾病。我们分析了互联和功能的相关性差异DNA甲基化状态和mrna的表达和microrna asmc培养从支气管活检获得五个健康受试者,五不重的哮喘患者(NSA)和严重哮喘患者(SA),在基线和刺激后2.5%胎牛血清(FCS)和转化生长因子(TGF) -βng(1毫升−1)[3,4]。这种刺激是诱发ASMC增殖,增强炎症介质的释放严重依赖的方式(3,4]。SA和国家安全局被定义如前所述1,2]。健康受试者没有以前的历史哮喘和挑衅浓度导致用力呼气量下降了20%在1 s > 16 mg·毫升−1。完整的病人人口统计所示表1。伦理委员会批准的这项研究是皇家主管布朗普顿和地铁站Harefield医院NHS信托和所有科目给书面知情同意。
DNA甲基化分析使用Illumina公司450 K阵列(英飞纳姆HumanMethylation450 K v1.2,圣地亚哥,美国)确定12 383个差异甲基化岗位(纯数字)(定义为> 20%的意思是甲基化差异),集群的临床设计(图1一个)。组间分析纯显示15个中心网站(图1 b),除了TRPV1,与小说哮喘和重要流程/通路有关的基因与哮喘病理生理学包括炎症、代谢和增殖通路asmc的SA。
使用g途径分析:分析器(7)表示,在健康受试者与纯相关联的基因与国家安全局在基线是参与调节细胞增殖和细胞凋亡(河马信号通路)和轴突引导,在SA和控制之间的差异与ASMC收缩(钙信号通路),扩散(癌症相关通路)和内吞作用通路(图1 c)。刺激健康受试者asmc激活途径类似于美国国家安全局和SA细胞(河马通路和内吞作用)。这表明asmc从国家安全局和SA保留一个表观遗传与细胞增殖和哮喘尽管在文化几个段落。刺激国家安全局asmc增加纯与镇压的先天免疫反应(eb病毒感染),而在SA细胞,Notch信号通路是最重要的激活。这些数据突出改变先天免疫的重要性,切口严重哮喘asmc增殖信号。
我们使用一种不同的方法来检查严重程度相关的纯数字的重要性,即加权基因co-expression分析(WGCNA) [8)和Bumphunter分析(9]。我们确定了5个模块是与疾病严重程度显著相关(图1 d)。过滤这些phenotype-associated CpG网站的意义和连接给15表型更丰富的纯基因组CpG海岸或地区立即在CpG岛和侧面证实了先前确定的重要性DBX2,ACP6和KCNJ11纯为中心。这些基因与改变脂肪酸代谢和增殖(ACP6),G-protein-coupled受体信号在代谢综合征(KCNJ11)和神经元模式(DBX2)。
这个分析也证实了之前报道的减少基线PDE4D(磷酸二酯酶4 d)启动子区域甲基化在哮喘,哮喘ASMC增殖调制(10]。然而,这种效应逆转时细胞被刺激与FCS / TGF-β强调ASMC DNA甲基化状态不稳定在细胞活化诱导功能的后果。通路分析phenotype-associated纯证实河马信号的重要性,轴突引导和内吞作用途径,还划定小说通路包括神经信号,通常出现在大脑(11和病毒诱导的肿瘤12]。进一步调查这些通路的作用在SA是必需的。
DNA甲基化不仅调节基因表达,而且microrna。改变microrna的表达调节许多生理过程,包括炎症和重塑,并已与哮喘(3]。我们检查是否这里描述的纯数字也可能控制microrna的表达特别是纯与15个中心之一mir - 548 - a - 3所示(图1 b)。我们发现改变许多microrna的表达(以逆转录酶聚合酶链反应(RT -)如前所述[3,13,14])的位点与纯在哮喘ASMC在基线和刺激。113年纯与microrna的位点被认为比较健康受试者和国家安全局的病人;104年比较健康受试者和SA样品和120相比国家安全局和SA公司(图1 e)。与最高和最低的甲基化相关的microrna论文认定MIR137和MIR372分别在健康受试者asmc,MIR548Q和MIR575在美国国家安全局样品,MIR1265和MIR1266asmc的SA。MIR137,MIR372和MIR575据报道已经异常表达在两个公司(13和哮喘肺活组织检查14]。然而,我们首次展示mir - 1265和mir - 1266在SA asmc过表达。
刺激与FCS / TGF-β对纯在SA细胞有更大的影响,显著改变了纯数字10 microrna在健康受试者asmc, 18日在国家安全局和50 SA asmc在错误发现率(图1 f)。最高和最低的甲基化位置,分别在健康受试者asmc联系在一起MIR218-1和MIR548F5,MIR613和MIR125B1在国家安全局样品,MIR663和MIR320D1asmc的SA (图1 f)。利用rt - pcr,我们证实了成熟的microrna的表达相关的预期变化与相应的增加或减少在甲基化状态。最高度表达micrornamir - 320 d - 1证实了我们之前的报道,在SA ASMC在ASMC [13和哮喘肺活组织检查14)(图1 f)。总之,我们的数据表明,监管ASMC增殖/凋亡通路异常的SA患者,这可能是代谢过程中特异表达的控制下,尤其是那些关于脂肪酸的新陈代谢。
总体而言,∼80%重叠的DNA甲基化与基因表达谱资料报道,从健康受试者和国家安全局和SA主要asmc正如前面发表(5,13,14]。这不仅证实我们的集中分析在mRNA水平,但也表明,饮食和生活方式等因素,会影响DNA甲基化状态(15),不太可能导致重大偏差。大集中研究需要解决这些问题。
我们确认不同的DNA甲基化模式与哮喘有关本身和疾病严重程度。反过来,这些甲基化变化与基因表达的变化和microrna的表达可能影响ASMC的功能。的确,我们描述了一种新的机制ASMC障碍在SA和提供一个理由描述的潜在治疗作用脱甲基代理(即。辅助治疗)。我们也强调小说的潜在作用途径等神经信号在SA ASMC调解功能。因此,本研究不仅扩展了我们对多层或集成的本质的理解监管机制,控制SA ASMC表型,但它应该刺激更多的工作在SA ASMC的功能调节功能和潜在的新的更有效的治疗不仅旨在缓解气道的语气也增加hyperproliferative和促炎ASMC严重的哮喘。
脚注
作者的贡献:M.M.佩里实验计划,培养ASM细胞,分析数据并准备手稿;p .薰衣草的DNA甲基化数组;C.H.S.郭分析数据;f . Galea c Michaeloudes J.M.弗拉纳根负责焦磷酸测序;K.F.涌招募患者进行支气管活检;贝聿铭爱德考克资助了这项研究。M.M.佩里,K.F.涌和贝聿铭爱德考克设计的研究。同意出版:阅读手稿和所有的作者都同意发表。可用性的数据和材料:所有的数据和材料都包括在手稿。
利益冲突:没有宣布。
支持声明:这项工作是支持由英国哮喘(08/041)和威康信托(085935)(K.F. Chung)。这个项目得到了NIHR呼吸道疾病生物医学研究单位在皇家主管布朗普顿和地铁站Harefield NHS信托基金会和伦敦帝国理工学院。这个发表的观点是作者(年代),不一定是英国国民健康保险制度的国家健康研究所和卫生部。英国NIHR K.F.钟是一个高级调查员。贝聿铭爱德考克和K.F.涌EU-Innovative药物计划支持的合营企业项目U-BIOPRED (115010)。M.M.佩里,贝聿铭爱德考克和K.F.涌的成员大学间的吸引力波兰人Program-Belgian State-Belgian P7/30科学政策——项目。资金信息,本文已沉积的Crossref资助者注册表。
- 收到了2016年9月21日。
- 接受2018年2月8日。
- 版权©2018人队
这收获打开文章是开放和分布式根据Creative 188滚球软件Commons归因执照4.0。