Внесенные изменения увеличивают доступность хроматина, влияя на рост, дифференциацию и транспорт ионов, при этом оказывая противоречивые эффекты на нормальные и колоректальные раковые клетки.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Metabolism, направлено на изучение влияния меток гистонов (пропионилирования и бутилирования), образованных короткоцепочечными жирными кислотами (КЖК), на доступность хроматина и регуляцию генов в нормальных и колоректальных раковых клетках, а также в кишечнике мышей.
Предыстория
Посттрансляционные модификации гистонов играют важную роль во взаимодействии метаболизма и эпигенетики, влияя как на здоровье, так и на болезни. Помимо ацетилирования, короткоцепочечные ациляции лизина, такие как пропионилирование (Kpr) и бутилирование (Kbu), связывают метаболизм с регуляцией генов благодаря наличию ацил-коэнзима А (ацил-КоА).
Эти модификации коррелируют с метаболическими состояниями, влияя на доступность хроматина и транскрипцию. Полученные из метаболизма пищевых волокон КЖК, такие как пропионат и бутират, служат субстратами для ациляции гистонов и оказывают антипрофилактическое воздействие на рак, изменяя структуру хроматина.
Несмотря на значимость этих данных, точные механизмы регуляции хроматина и экспрессии генов за счет КЖК остаются неясными, что требует проведения дальнейших исследований для раскрытия их терапевтического потенциала.
Описание исследования
Эксперименты проводились на клетках SW480 (производные аденокарциномы ободочной кишки человека), CCD841 (нетуморогенная колоректальная эпителиальная клеточная линия) и CT26 (мышиная колоректальная карцинома). Клетки культивировались в соответствующих средах с добавками, такими как эмбриональная бычья сыворотка и пенициллин-стрептомицин.
Клетки содержались при определенных температурах (33°C для CCD841, 37°C для остальных) в увлажненной атмосфере с содержанием 5% углекислого газа (CO₂). Обработка натрия пропионатом (NaPr) и натрия бутиратом (NaBu) проводилась в различных концентрациях в течение 12 часов для оценки реакции клеток. Аутентификация всех клеточных линий проводилась с помощью профилирования коротких тандемных повторов и тестирования на микоплазму.
Гистоны экстрагировались кислотным методом и количественно определялись с помощью BCA-анализа. С равными концентрациями белка проводился электрофорез на полиакриламидных градиентных гелях, перенос на нитроцеллюлозные мембраны и анализ иммуноблоттингом с использованием первичных и вторичных антител.
Результаты исследования
Гистоны H3K18 и H4K12 были выбраны для исследования из-за их связи с неблагоприятными показателями при колоректальном раке. Исследуемые клетки обрабатывались NaPr и NaBu в физиологически соответствующих концентрациях (0-10 мМ).
При помощи антител, специфичных к модификациям, на гистоне обнаруживались метки Kpr и Kbu, с подтверждением дозозависимого накопления этих маркеров методом иммунооблотинга. Мас-спектрометрический анализ с изотопно-меченым NaPr подтвердил прямое включение КЖК в виде пропионил-КоА и бутираил-КоА, способствующих ациляции гистонов.
Значительно, ацетилтрансфераза гистонов 1 (HAT1) была вовлечена в процесс введения Kpr на H4K12, так как при истощении HAT1 это модификация уменьшалась. Переходы КЖК также влияли на внутриклеточные уровни ацил-КоА. Уровни пропионил-КоА и бутираил-КоА возрастали в зависимости от дозы, тогда как уровень ацетил-КоА оставался неизменным с добавлением пропионата, но снижался с добавлением бутирата.
Заключение
В итоге, пропионат и бутират, являясь метаболитами микробиома, демонстрируют значительные эпигенетические свойства регуляторов. Используя профилирование посттрансляционных модификаций гистонов и различные методы секвенирования, исследование выявило влияние Kpr и Kbu на гистонах H3 и H4 в нормальных и опухолевых клетках.
КЖК увеличивают доступность хроматина, влияют на онкогенные пути, такие как Wnt/β-катенин и TGF-β, и изменяют экспрессию определенных генов. Эти выводы подчеркивают потенциальную возможность использования КЖК в профилактике и лечении колоректального рака через питательные или микробные интервенции.
Источник: NewsMedical
