Histone deacetylase 2-mediated deacetylation of the Ribonuclease 1 promoter in inflamed human endothelial cells

Endothelial cells (ECs) function as protective barrier to separate the blood from the surrounding tissue by conducting crucial roles in regulation and maintenance of vascular homeostasis, such as control of vessel permeability or coagulation. Therefore, dysfunction of the EC barrier due to inflammat...

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Main Author: Bedenbender, Katrin
Contributors: Schmeck, Bernd (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2020
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Endothelzellen fungieren als schützende Barriere zwischen Blut und Gewebe und sind maßgeblich an der Regulation und Aufrechterhaltung der vaskulären Homöostase beteiligt. Demzufolge kann eine Fehlfunktion des Endothels auf Grund von Entzündungen, Infektionen oder Verletzungen zu einer Vielzahl von Krankheitszuständen, wie Thrombosen oder Atherosklerose, führen. In diesem Kontext wurde Ribonuklease 1 (RNase1), eine zirkulierende, extrazelluläre Endonuklease, als gefäß- und gewebeschützendes Enzym und wichtiger Regulator der vaskulären Homöostase identifiziert. Bei akuten Entzündungsprozessen fungiert RNase1 als natürlicher Gegenspieler der extrazellulären RNA (eRNA), einem „damage-associated molecular pattern“. Hierbei degradiert RNase1 akkumulierende eRNA, um die Zellen vor einer übermäßigen Entzündungsreaktion zu schützen. Bei lang anhaltenden Entzündungen kommt es jedoch zu einer Störung des RNase1-eRNA Gleichgewichtes. Dabei induziert die Akkumulation von eRNA die Freisetzung großer Mengen proinflammatorischer Zytokine durch zirkulierende Entzündungszellen, wie zum Beispiel Tumornekrosefaktor alpha (TNF-α) oder Interleukin 1 beta (IL-1β). Diese Zytokine können das Endothel entzündungsbedingt beeinflussen und führen unter Anderem zur Repression der RNase1-Expression, welche möglicherweise durch die Aktivierung von Histon-Deacetylasen (HDACs) vermittelt wird. Die hier vorliegende Studie untersuchte, ob die entzündungsvermittelte Deacetylasefunktion der HDACs durch Veränderung von Chromatinmodifikationen mit der RNase1-Repression in humanen Endothelzellen einhergeht. Dabei führte die Stimulation humaner Nabelschnurvenenendothelzellen mit TNF-α oder IL-1β zu einer signifikanten Reduktion der RNase1-Expression. Durch Identifizierung der RNASE1Promotorregion und Analysen des Chromatinstatus wurde weiterhin eine Verbindung zwischen der RNase1-Repression und der Deacetylierung von Histon 3 Lysin 27 und Histon 4 aufgezeigt. Zusätzlich konnte durch Inhibierung der Klasse I-HDACs 1-3, mittels des spezifischen Inhibitors MS275, die RNase1 mRNA sowie die damit verbundene Promotoracetylierung selbst nach Zytokinstimulation der Endothelzellen wiederhergestellt werden. Zur Identifizierung der funktionellen HDAC wurden Chromatin-Immunopräzipitations-Kinetiken durchgeführt, welche eine signifikante Akkumulation von HDAC2 am RNASE1-Promotor nach TNF-α-Stimulation aufzeigten. Diese Ergebnisse wurden durch siRNA-vermittelte Hemmung der HDAC2Expression und dessen redundanten Enzyms HDAC1 bestätigt, da auch diese Behandlung die RNase1 mRNA-Expression nach proinflammatorischer Stimulation wiederherstellen konnte. Diese Ergebnisse identifizieren HDAC2 als einen Hauptfaktor in der RNase1-Regulation in humanen Endothelzellen. Dabei wird HDAC2 nach proinflammatorischer Stimulation zum RNASE1-Promotor rekrutiert, um die Histonacetylierung zu verhindern und so die Genexpression zu reprimieren. Demzufolge eröffnet der hier aufgezeigte protektive Effekt des spezifischen HDAC-Inhibitors MS275 neuartige Therapieansätze zur Förderung der Gefäßintegrität durch Verhinderung der RNase1-Repression in entzündeten Endothelzellen.