カルノシンはエピジェネティックな制御を介して転写に影響を与えることが、グリオブラストーマ細胞におけるピルビン酸デヒドロゲナーゼキナーゼ4プロモーターのヒストンアセチル化亢進によって実証された

Carnosine influences transcription via epigenetic regulation as demonstrated by enhanced histone acetylation of the pyruvate dehydrogenase kinase 4 promoter in glioblastoma cells.

• Henry Oppermann
• Athanasios Alvanos
• Christiane Seidel
• Jürgen Meixensberger
• Frank Gaunitz

抄録

カルノシン（β-アラニル-L-ヒスチジン）は、さまざまな生物学的システムにおけるシグナル伝達経路や遺伝子の多くに影響を与えます。ラジカルスカベンジャーとして知られていますが、これらの効果のすべてが単にその化学的性質に起因するものではありません。カルノシンがヒストンのアセチル化を介してエピジェネティックな制御に影響を与える可能性が指摘されていたので、我々は、カルノシンの抗腫瘍効果がピルビン酸脱水素酵素キナーゼ4の発現の増加を伴う膠芽腫細胞株U87とT98Gを用いて、この仮説を調査しました。カルノシンと異なるヒストン脱アセチル化酵素阻害剤（HDACi）でインキュベートした後、細胞ベースのアッセイとqRT-PCRを用いてPDK4の生存率と発現を解析した。さらに、クロマチン免疫沈降（ChIP）実験を行い、ヒストンH3アセチル化に対するカルノシンの影響をウエスタンブロットで解析した。カルノシンはHDACiと同様にPDK4の発現を増加させた。さらに、すべての化合物は細胞の生存率を低下させたが、その大きさと必要な濃度には違いが見られた。ChIP分析は、カルノシン（50mM）の添加6時間後にPDK4 mRNAの発現の増加に続いて、U87およびT98G細胞のPDK4プロモーターにおけるヒストンH3のアセチル化の増加を明らかにした（〜1.3倍および〜1.7倍、それぞれ）。ウェスタンブロットでは、カルノシンの影響下でのゲノムワイドなスケールでのH3アセチル化の一般的な増加は検出されなかった。この実験により、カルノシンがヒストンアセチル化の増加を介してエピジェネティックな制御に影響を与えることが初めて明らかになった。

Carnosine (β-alanyl-L-histidine) affects a plethora of signaling pathways and genes in different biological systems. Although known as a radical scavenger, not all of these effects can simply be ascribed to its chemical nature. As previous experiments pointed towards the possibility that carnosine affects epigenetic regulation via histone acetylation, we investigated this hypothesis using the glioblastoma cell lines U87 and T98G in which carnosine's anti-neoplastic effect is accompanied by increased expression of pyruvate dehydrogenase kinase 4. Viability and expression of PDK4 was analyzed after incubation in carnosine and different histone deacetylase inhibitors (HDACi) using cell-based assays and qRT-PCR. In addition, chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments were performed and the global influence of carnosine on histone H3 acetylation was analyzed by Western blot. Carnosine as well as the HDACi used increased expression of PDK4. In addition, all compounds reduced cell viability, although differences were observed with regard to magnitude and required concentrations. ChIP analysis revealed increased acetylation of histone H3 in the PDK4 promoter of U87 and T98G cells (~ 1.3- and ~ 1.7-fold, respectively) 6 h after the addition of carnosine (50 mM) followed by increased expression of PDK4 mRNA. Western blots did not detect a general increase of H3 acetylation at a genome-wide scale under the influence of carnosine. Our experiments for the first time demonstrate that carnosine influences epigenetic regulation via increased histone acetylation.