The role of EP300 on regulatory T cells in allergic asthma

Abstract

Background: Asthma is a common chronic inflammatory airway disease and can be modulated via histone acetylation, an epigenetic modification. E1A binding protein p300 (EP300) is a pivotal histone acetyltransferase (HAT) that regulates the transcription of diverse genes involved in multiple signaling pathways and biological processes. This study aimed to confirm the role of EP300 in the development of asthma. Methods: An allergen-induced asthma model was established in mice with systemic EP300 deletion and Treg cell-specific EP300 deletion. HAT activity and EP300 expression were analyzed after asthma induction. EP300 expression was also evaluated in biopsy samples from patients with asthma and from control subjects. Next, immune responses of T helper 2 cells and regulatory T (Treg) cells were investigated, and functional studies of Treg cells were performed via suppression and differentiation assays. Furthermore, chromatin immunoprecipitation and RNA-sequencing were conducted using the sorted Treg cells. Lastly, the Treg cell proliferation experiment was performed with an EP300 inhibitor, small interfering RNA targeting guanylate binding protein 5 (GBP5), and GBP5 lentiviral overexpression vector. Results: HAT activity and EP300 levels were elevated in mice with asthma. EP300 expression was also higher in patients with asthma than in control subjects. Mice with systemic EP300 deletion resulted in elevated airway hyperresponsiveness, inflammatory cell numbers, IgE levels, type 2 cytokine production, and severity of inflammation in lung tissues compared with control mice. However, Treg cell-related gene expression and Treg cell population were significantly decreased in mice with systemic EP300 deletion than in the control mice. Functional studies of Treg cells showed that EP300 deletion reduced the suppression ability and differentiation potential of Treg cells. Mice with Treg cell-specific EP300 deletion also showed exacerbated allergic inflammatory responses, similar to mice with whole-body EP300 deletion. Finally, chromatin immunoprecipitation and RNA-sequencing revealed that GBP5 was a primary target gene of EP300 in Treg cells. Consequently, the Treg cell proliferation assay confirmed that EP300 regulated Treg cell proliferation via GBP5 activation. Conclusion: EP300 plays a protective role in the pathogenesis of allergic asthma by regulating Treg cell function. These findings suggest a significance of EP300 in asthma and the possibility of the development of a novel approach to the diagnosis and treatment of asthma.

배경: 천식은 만성 염증성 기도 질환으로 후성유전학적 변형인 히스톤 아세틸화를 통해 조절될 수 있다. 히스톤 아세틸화를 조절하는 중요한 히스톤 아세틸전달효소 중 하나인 E1A binding protein p300 (EP300)은 세포 증식 및 염증성 유전자 발현을 포함한 다양한 세포 기능에 필수적이라고 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 천식 발병기전에서 EP300의 역할을 규명해 보고자 한다. 방법: 전신 EP300 결실 마우스와 조절 T 세포 특이적 EP300 결실 마우스에 난백알부민 혹은 집먼지진드기를 이용하여 천식 모델을 확립하였다. 천식이 유발된 마우스에 히스톤 아세틸전달효소 활성과 EP300 발현을 확인하였다. 또한, 천식 환자 및 대조군의 폐 생검에서 EP300 발현을 평가하였다. 다음으로 제2형 도움 T 세포와 조절 T 세포의 면역반응을 비교하였고, 분화 및 억제 실험을 통한 조절 T 세포의 기능적 연구를 수행하였다. 이후, 조절 T 세포를 분리하여 염색질 면역침전 시퀀싱 및 RNA 시퀀싱을 진행하였고, EP300 억제제와 guanylate binding protein 5 (GBP5) 간섭 RNA 및 GBP5 과발현 벡터를 사용하여 조절 T 세포 증식 실험을 수행하였다. 결과: 본 연구에서는 히스톤 아세틸전달효소 활성과 EP300의 발현이 천식이 유발된 마우스에서 현저히 증가한 것을 확인하였다. 또한, EP300 발현은 정상 대조군에 비해 천식 환자에서 더 높은 것을 확인하였다. 천식이 유도된 전신 EP300 결실 마우스는 대조군 마우스에 비해 기도 과민반응이 증가하고, 염증 세포 수, IgE 발현량, 제2형 사이토카인 발현 및 폐 조직 염증의 중증도가 높은 것을 확인하였다. 그러나 조절 T 세포 관련 유전자의 발현과 조절 T 세포의 수는 대조군 마우스보다 EP300 결실 마우스에서 유의하게 감소했다. 추가로 조절 T 세포에 관한 기능적 연구를 통해 EP300 결실이 조절 T 세포의 억제 능력과 분화 잠재력을 감소시키는 것으로 나타났다. 전신 EP300 결실 마우스와 유사하게, 천식이 유도된 조절 T 세포 특이적 EP300 결실 마우스에서도 대조군 마우스보다 더욱 악화된 알레르기 염증 반응을 보였다. 마지막으로 염색질 면역침전 시퀀싱 및 RNA 시퀀싱을 통해 천식 유발 시 조절 T 세포에서 GBP5가 EP300의 중요한 표적 유전자임을 확인하였고, 조절 T 세포 증식 실험을 통해 EP300이 GBP5를 활성화함으로써 조절 T 세포의 증식을 유도한다는 것을 밝혔다. 결론: 본 연구에서는 EP300이 조절 T 세포를 제어함으로써 알레르기 염증 반응을 조절한다는 것을 입증하였다. 이러한 연구 결과는 천식 진단 및 치료에 대한 새로운 접근 방식을 개발하는 데 도움이 될 수 있을 것이다.