ヒト細胞株由来マクロファージにおけるヒストン脱アセチル化酵素1による防御遺伝子のエピジェネティック制御は、リーシュマニア・ドノヴァニの細胞内生存を促進する

Epigenetic regulation of defense genes by histone deacetylase1 in human cell line-derived macrophages promotes intracellular survival of Leishmania donovani.

• Gargi Roy
• Harsimran Kaur Brar
• Rohini Muthuswami
• Rentala Madhubala

抄録

リーシュマニア・ドノヴァニ（Leishmania donovani）は、感染時に細胞内原虫であり、宿主細胞内で様々な抗菌因子に遭遇します。その結果、この寄生虫はマクロファージの活性化を阻害することで、寄生虫の複製と生存を可能にする、この敵対的な防御システムを回避するメカニズムを進化させてきました。細胞内病原体による宿主ゲノムのエピジェネティックなダウンレギュレーションが急性感染につながるという証拠が増えてきている。エピジェネティックな改変は、クロマチンリモデリング、ヒストン改変、またはDNAメチル化によって媒介される。ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）は、ヒストン上のリジン残基からアセチル基を除去し、クロマチンリモデリングや遺伝子サイレンシングを引き起こす。ここでは、THP-1ヒト単球細胞から分化したL. donovani感染マクロファージを用いて、宿主のクロマチン改変、防御遺伝子の転写、L. donovani感染と細胞内感染との関連を報告した。L. donovaniへの感染は、宿主防御遺伝子の発現をサイレンシングすることにつながった。ヒストン脱アセチル化酵素1（HDAC1）の転写レベル、タンパク質発現、酵素活性は感染時に有意に上昇した。HDAC1は感染時に防御遺伝子のプロモーターでの占有率が有意に増加し，感染細胞ではヒストンH3アセチル化が減少し，宿主防御遺伝子のmRNA発現がダウンレギュレーションされた．また、小分子を介した HDAC1 の阻害および siRNA を介したダウンレギュレーションは、宿主防御遺伝子の発現レベルを増加させた。興味深いことに、本研究では、siRNAと薬理学的阻害剤の両方によるHDAC1のサイレンシングが、細胞内寄生虫生存率の低下をもたらすことを実証した。本データは、HDAC1 のアップレギュレーションと宿主防御遺伝子のエピジェネティックサイレンシングが L. donovani 感染に必須であることを示すだけでなく、リーシュマニア症に対する新しい治療戦略を提供することを示している。

Leishmania donovani, an intracellular protozoan parasite upon infection, encounters a range of antimicrobial factors within the host cells. Consequently, the parasite has evolved mechanisms to evade this hostile defense system through inhibition of macrophage activation that, in turn, enables parasite replication and survival. There is growing evidence that epigenetic down-regulation of the host genome by intracellular pathogens leads to acute infection. Epigenetic modification is mediated by chromatin remodeling, histone modifications, or DNA methylation. Histone deacetylases (HDACs) removes acetyl groups from lysine residues on histones, thereby leading to chromatin remodeling and gene silencing. Here, using L. donovani infected macrophages differentiated from THP-1 human monocytic cells, we report a link between host chromatin modifications, transcription of defense genes and intracellular infection with L. donovani. Infection with L. donovani led to the silencing of host defense gene expression. Histone deacetylase 1 (HDAC1) transcript levels, protein expression, and enzyme activity showed a significant increase upon infection. HDAC1 occupancy at the promoters of the defense genes significantly increased upon infection, which in turn resulted in decreased histone H3 acetylation in infected cells, resulting in the down-regulation of mRNA expression of host defense genes. Small molecule mediated inhibition and siRNA mediated down-regulation of HDAC1 increased the expression levels of host defense genes. Interestingly, in this study, we demonstrate that the silencing of HDAC1 by both siRNA and pharmacological inhibitors resulted in decreased intracellular parasite survival. The present data not only demonstrate that up-regulation of HDAC1 and epigenetic silencing of host cell defense genes is essential for L. donovani infection but also provides novel therapeutic strategies against leishmaniasis.