שינויים אלה מגבירים את נגישות הכרומטין, משפיעים על גדילה, התמיינות והובלת יונים, עם השפעות מנוגדות על תאי סרטן נורמליים ותאי המעי הגס.
לִלמוֹד: מטבוליטים של חומצות שומן קצרות שרשרת פרופיונאט ובוטיראט הם אלמנטים רגולטוריים אפיגנטיים ייחודיים המקשרים בין תזונה, חילוף חומרים וביטוי גנים. קרדיט תמונה: Love Employee/Shutterstock.com
במחקר שפורסם לאחרונה ב מטבוליזם של הטבעקבוצת חוקרים חקרה את ההשפעה של סימני היסטון שמקורם בחומצות שומן קצרות שרשרת (SCFA) (פרופיונילציה ובוטירילציה) על נגישות הכרומטין וויסות הגנים בתאי סרטן המעי הגס והחלחולת (CRC) ובמעי עכברים.
רֶקַע
שינויים פוסט-תרגום של היסטונים (PTMs) מתווכים את יחסי הגומלין בין חילוף חומרים ואפיגנטיקה, ומשפיעים על בריאות ומחלות. מעבר לאצטילציה, אצילציות ליזין קצרות שרשרת כמו פרופיונילציה (Kpr) ובוטירילציה (Kbu) מקשרות את חילוף החומרים לוויסות הגנים באמצעות זמינות אציל-קואנזים A. (acyl-CoA).
שינויים אלה מתואמים עם מצבים מטבוליים, ומשפיעים על נגישות הכרומטין והתעתוק. SCFAs, כגון propionate ו-butyrate, המופקים מחילוף החומרים של סיבים תזונתיים, משמשים כמצעים לאצילציה של היסטון ומפגינים השפעות אנטי-פרוליפרטיביות בסרטן על ידי שינוי מבנה הכרומטין.
למרות הממצאים הללו, המנגנונים המדויקים שבאמצעותם SCFAs מווסתים כרומטין וביטוי גנים נותרו לא ברורים, מה שמצריך מחקר נוסף כדי לחשוף את הפוטנציאל הטיפולי שלהם.
לגבי המחקר
SW480 (שמקורו באדנוקרצינומה ראשונית של המעי הגס), CCD841 (קו תאי אפיתל לא גידולי המעי הגס) ו-CT26 (קו תאי קרצינומה של המעי הגס של עכברים) תורבו במדיה מתאימה עם תוספי מזון כגון סרום בקר עוברי (FBS) ו פניצילין-סטרפטומיצין.
תאים נשמרו בטמפרטורות ספציפיות (33 מעלות צלזיוס עבור CCD841, 37 מעלות צלזיוס עבור אחרים) באווירה לחה המכילה 5% פחמן דו חמצני (CO₂). טיפולים עם נתרן פרופיונאט (NaPr) ונתרן בוטיראט (NaBu) יושמו בריכוזים משתנים במשך 12 שעות כדי להעריך תגובות סלולריות. כל שורות התאים אומתו באמצעות פרופיל קצר טנדם חוזר (STR) ונבדקו עבור זיהום מיקופלזמה.
חלבוני היסטון הופקו בשיטה מבוססת חומצה וכומתו באמצעות בדיקת חומצה ביצינצ'ונינית (BCA). ריכוזים שווים נפתרו על ידי אלקטרופורזה של ג'ל פוליאקרילאמיד על ג'לים גרדיאנטים, הועברו לממברנות ניטרוצלולוזה ונותחו על ידי אימונובלוטינג עם נוגדנים ראשוניים ומשניים.
אותות כימילומינסצנטי פותחו כדי לזהות שינויים היסטונים. חומצה ריבונוקלאית ניסויי הפרעות בתיווך (RNA) השתמשו ב-RNAs קצרים בסיכת ראש (shRNAs) ומשלימים חומצות דיאוקסיריבונוקלאיות (cDNAs) לכוון היסטון אצטילטרנספראז 1 (HAT1) ולחקור את תפקידו באצטילציה.
כדאיות התא הוערכה באמצעות בדיקה מבוססת פלואורסצנציה, המדגישה את ההשפעות הדיפרנציאליות של טיפולי NaPr, NaBu ו-Trichostatin A (TSA).
מיצוי חומצת היסטון וספקטרומטריית מסה חשפו שינויים היסטונים תלויי מינון על ידי 13C שכותרתו NaPr. ביצוע רצף חיסוני של כרומטין (ChIP-seq), בדיקה לרצף כרומטין נגיש לטרנספוזאז (ATAC-seq), ומחיתוך תחת מטרות ותגמנטציה (CUT&Tag) בוצעו כדי למפות שינויים בהיסטונים ונגישות כרומטין.
תוצאות המחקר
H3K18 ו-H4K12 נבחרו למחקר זה בשל הקשר הידוע שלהם עם תוצאות גרועות ב-CRC. כדי לחקור שינויים שמקורם ב-SCFA, תאי CRC טופלו ב-NaPr וב-NaBu בריכוזים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית (0-10 mM).
באמצעות נוגדנים ספציפיים לשינוי, נוכחותם של ליזין Kpr ו-Kbu זוהתה על ההיסטונים H3K18 ו-H4K12, עם אימונובלוטים המאשרים שקיעה תלוית מינון של סימנים אלו.
ניתוח ספקטרומטריית מסה עם NaPr מסומן איזוטופי אימת עוד יותר את השילוב הישיר של SCFAs כ-propionyl-CoA ו-butyryl-CoA, מה שהקל על אצילציה של היסטון. יש לציין כי היסטון אצטילטרנספראז 1 (HAT1) היה מעורב בתיווך של שילוב Kpr ב-H4K12, שכן דלדול של HAT1 הפחית את השינוי הזה.
תוספת SCFA השפיעה גם על רמות האציל-CoA התוך תאי. רמות Propionyl-CoA ו-butyryl-CoA עלו באופן תלוי מינון, בקורלציה עם שינויים היסטונים גבוהים יותר, בעוד שרמות אצטיל-CoA נותרו ללא שינוי עם propionate אך ירדו עם תוספת butyrate.
ממצאים אלו מצביעים על כך ש-SCFAs משנים את נוף ה-acyl-CoA הסלולרי, ותורמים לתוצאות אפיגנטיות ברורות. ניתוחים פונקציונליים הוכיחו כי Kpr ו-Kbu הגבירו את נגישות הכרומטין בהשוואה לאצטילציה (Kac), תוך שימת דגש על תפקידם בוויסות התעתיק.
ניתוח רחב של הגנום גילה כי H3K18pr ו-H4K12pr שמקורם בפרופיונאט היו קשורים לאזורים רגולטוריים ספציפיים, במיוחד גנים הקשורים לצמיחה, התמיינות ומסלולי איתות כגון Transforming Growth Factor-Beta (TGF-β) ו-Wingless/Integrated ו-Beta-Catenin נתיב איתות (Wnt/β-catenin).
דפוסי כריכה דיפרנציאליים הדגישו מוטיבים מובהקים של גורמי שעתוק, כולל Mothers Against Decapentaplegic Homolog 2/3 (SMAD2/3) ו-Jun Proto-Oncogene B (JUNB).
תוספי בוטיראט, לעומת זאת, הראו העשרה בגנים המווסתים את תנועתיות התא, הידבקות וארגון אקטין, עם קישור משמעותי בלוקוסים אונקוגניים כגון Myelocytomatosis Proto-Oncogene (MYC) ו- Fos Proto-Oncogene (FOS).
בתאים נורמליים, סימני Kbu נקשרו לצמתים דבקים ולהובלת יונים. לעומת זאת, בתאי CRC, הם היו קשורים לשגשוג מזנכימלי ולאיתות אפופטוטי, המשקפים את התפקידים המנוגדים של SCFAs ברקמה רגילה לעומת רקמה סרטנית.
אינטגרציה של נתוני ChIP-seq, ATAC-seq ו-RNA-seq הדגישו את ההשפעה התעתיק של SCFAs, והדגימו וויסות של גנים הקשורים להתמיינות ודיכוי מווסתים של מחזור התא.
שינויים בהיסטון הנגרמות על ידי SCFA היו בקורלציה עם נגישות משופרת של כרומטין והפעלה תעתיק של גנים מטרה, ותומכים בפוטנציאל שלהם כמאפננים של אפיגנטית CRC. מחקרים בעכברים אישרו את הרלוונטיות in vivo של ממצאים אלה, כאשר חילוף החומרים של סיבים תזונתיים מניע שינויים כרומטיים דומים ברקמת המעי.
מסקנות
לסיכום, SCFAs, כגון propionate ו-butyrate, הם מטבוליטים שמקורם במיקרוביום עם תפקידי ויסות אפיגנטי משמעותיים. באמצעות שימוש בפרופיל שינוי של היסטון לאחר תרגום, ChIP-seq, CUT&Tag, ATAC-seq ו-RNA-seq, המחקר זיהה אזורים גנומיים ומסלולים המושפעים מהליזין Kpr ו-Kbu על ההיסטונים H3 ו-H4 בתאים CRC ונורמליים.
SCFAs הוכחו כמגבירים את נגישות הכרומטין, מווסתים מסלולים אונקוגניים כמו Wnt/β-catenin ו-TGF-β, ומשנים את הביטוי של גנים כמו MYC ו-FOS.
ממצאים אלו מצביעים על כך ש-SCFAs מווסתים ישירות את ביטוי הגנים וההומאוסטזיס האפיתל, תוך הדגשת הפוטנציאל הטיפולי שלהם במניעה וטיפול ב-CRC באמצעות התערבויות תזונתיות או מיקרוביאליות.