Alterações das marcas epigenéticas H3K9ac, H3K4me3, H3K27me3 ocorrem em promotores de genes relacionados à resposta imune inata em pacientes sépticos e estão relacionadas com diferentes desfechos clínicos

Abstract

A sepse é uma das principais causas de morbidade e mortalidade no mundo. Sua fisiopatologia é bastante complexa, mas seus mecanismos ainda não são totalmente compreendidos. Monócitos e macrófagos parecem sofrer reprogramação funcional durante a sepse, resultando em resposta imune desregulada do hospedeiro. Objetivo: Analisar três modificações de histonas (H3K9ac, H3K4me3, H3K27me3) encontradas em promotores de genes (TNF-α, IL-12, IL-10, CAMP, FPR1, IFN-β, HLA -DR) envolvidos resposta imune inata e associar o envolvimento das alterações epigenéticas aos efeitos biológicos na transcrição gênica em pacientes sépticos com diferentes desfechos clínicos. Esses resultados foram comparados com dados públicos de transcriptoma dos genes e das enzimas epigenéticas que modulam as modificações de histonas estudadas. Métodos: Amostras de células mononucleares do sangue periférico de cinco pacientes sépticos sobreviventes, cinco pacientes sépticos não sobreviventes e seis voluntários saudáveis pareados por sexo e idade, foram utilizadas para realizar o método de imunoprecipitação da cromatina para cada marca epigenética de interesse, seguida de análise de enriquecimento nos promotores de genes alvo. Os níveis de expressão gênica foram avaliados por RTqPCR, e por fim, utilizamos 4 conjuntos de dados de transcriptoma para comparar nossos achados e um deles utilizamos para analisar genes diferencialmente expressos. Resultados: Encontramos alterações no enriquecimento da cromatina de diferentes genes, com aumento de H3K9ac na citocina antiinflamatória IL-10, no gene antimicrobiano FPR1 e uma tendência de aumento no CAMP, como também, aumento de H3K27me3 no promotor da IL-10 e HLA-DR em pacientes sépticos não sobreviventes quando comparados aos sobreviventes, associando parcialmente esses achados com os resultados de expressão gênica, e ainda, encontramos moderadas a fortes correlações entre a transcrição dos genes com as enzimas que modulam as marcas epigenéticas estudadas e que os mesmos são diferencialmente expressos no conjunto de dado MARS, o que pode justificar o grau de enriquecimento das marcas epigenéticas. Conclusão: Nossos resultados é um dos pioneiros em pacientes sépticos e sugerem que as enzimas epigenéticas modulam as marcas de histonas prevalentes em promotores de genes essenciais envolvidos na resposta imunoinflamatória, alterando a transcrição desses genes específicos durante a sepse e ainda, pacientes não sobreviventes a sepse apresentam uma desregulação epigenética mais acentuada comparado aos sobreviventes, sugerindo uma maior resposta disfuncional.

Sepsis is one of the leading causes of morbidity and mortality worldwide. Its pathophysiology is quite complex, but its mechanisms are still not fully understood. Monocytes and macrophages appear to undergo functional reprogramming during sepsis, resulting in a dysregulated host immune response. Objective: To analyze three histone modifications (H3K9ac, H3K4me3, H3K27me3) found in promoters of genes (TNF-α, IL-12, IL-10, CAMP, FPR1, IFN-β, HLA -DR) that participate in the response innate immune function and to associate the involvement of epigenetic alterations with biological effects on gene transcription in septic patients with different clinical outcomes. These results were compared with public transcriptome data of the genes and epigenetic enzymes that modulate the studied histone modifications. Methods: Peripheral blood mononuclear cell samples from five surviving septic patients, five non-surviving septic patients, and six healthy volunteers matched for sex, and age were used to perform the chromatin immunoprecipitation method for each epigenetic mark of interest, followed by an analysis of enrichment in the promoters of target genes. RT-qPCR evaluated gene expression levels, and finally, we used four transcriptome banks to correlate our findings, and one of them we used to analyze differentially expressed genes. Results: We found alterations in the chromatin enrichment of different genes, with an increase in H3K9ac in the anti-inflammatory cytokine IL-10, in the antimicrobial gene FPR1 and a trend towards an increase in CAMP, as well as an increase in H3K27me3 in the IL-10 promoter and HLA-DR in nonsurviving septic patients when compared to survivors, partially associating these findings with the results of gene expression, and also, we found modulated to strong correlations between the transcription of genes with the enzymes that modulated the epigenetic marks studied and that they are differentially expressed in the MARS dataset, which may justify the degree of enrichment of epigenetic marks. Conclusion: Our results are one of the pioneers in septic patients and suggest that epigenetic enzymes modulate the prevalent histone marks in promoters of essential genes involved in the immune-inflammatory response, altering the transcription of these specific genes during sepsis and even non-surviving sepsis patients have a more pronounced epigenetic dysregulation compared to survivors, suggesting a greater dysfunctional response.