Epigenetic influence of specified food components on DNA methylation, histone acetylation, and gene expression of interleukin 8

Epigenetik ist definiert als Änderungen in der Genexpression ohne Änderung der DNA-Sequenz und kann zu einer Veränderung des Phänotyps führen. Es gibt drei epigenetische Mechanismen: DNA Methylierung, Histonmodifikationen und Wechselwirkungen mit kleinen, nicht-codierenden RNAs. Genexpression und epigenetische Marker können von Umweltfaktoren wie Ernährung und Toxinen beeinflusst werden. Speziell die Ernährung der Mutter in der frühen Schwangerschaft hat Auswirkungen auf das embryonale Epigenom und den Phänotyps des Nachwuchses. In diesem Experiment wurden Zellen der humanen Colonkrebslinie Caco-2 mit Butyrate, Genistein, Folsäure, Zebularin, Epigallocatechin-3-gallat (EGCG) und Chrysin behandelt. Die meisten dieser Substanzen sind Nahrungsmittelinhaltsstoffe und haben epigenetisch Effekte auf Gene. Die Genexpression, der Methylierungsgrad und die Histonacetylierung an bestimmten Stellen des Interleukin 8 (IL-8) Gens wurden an den behandelten Zellen untersucht. IL-8 ist ein Entzündungsmediator, der Chemotaxis induziert. Abweichende Expression der Chemokine spielt eine kritische Rolle in vielen entzündlichen Erkrankungen wie z.B. in chronisch entzündlichen Darmerkrankungen. Es ist bekannt, dass IL-8 über epigenetische Mechanismen der DNA Methylierung und Histonacetylierung reguliert wird. Im Gegensatz zu den meisten Genen, befinden sich die regulatorischen Methylierungsstellen nicht in der Promoterregion sondern ca. 1,2 Kilobasen aufwärts. Diese Studie hatte zum Ziel, Effekte von bestimmten Nahrungsstoffen auf Entzündungsmediatoren am Beispiel von IL-8 zu untersuchen. Genexpression wurde mittels ELISA und real-time PCR, DNA Methylierung mittels bisulfite sequencing PCR (BSP) und Histonacetylierung mittels Chromatin Immunopräzipitation analysiert. Die Resultate zeigten, dass Butyrat den Methylierungsgrad herabsetzte und die Histonacetylierung am Histon H3 Lysin 9 steigerte, aber zu keinen Änderungen in der Genexpression führte. Folsäure steigerte wie erwartet die DNA Methylierung aber die Genexpression wurde ebenfalls nicht verändert. Genistein, Zebularin und Chrysin beeinflussten die Genexpression.Epigenetic is defined as changes in gene expression without changes in the DNA sequence and can lead to a shift in phenotypes. There are three epigenetic mechanisms: DNA methylation, histone modifications, and interference of small noncoding RNAs. Gene expression and epigenetic marks can be influenced by environmental factors like nutrition and toxins and they are inheritable over generations. Especially mother´s diet during early pregnancy can impact the embryonic epigenome and the phenotype of the offspring. In this experiment cells of the human colon carcinoma line Caco-2 were treated with butyrate, genistein, folic acid, zebularine, Epigallocatechin-3-gallate (EGCG), and chrysin. Most of these agents are food components and are known to have epigenetic effects on gene regulation. After the treatment the gene expression, methylation state and histone acetylation of specific sites of the interleukin 8 (IL-8) gene were investigated. IL-8 is an inflammatory mediator which induces chemotaxis. Aberrant chemokine expression plays a critical role in many inflammatory disorders including chronic inflammatory bowel disease. IL-8 is known to be regulated by epigenetic pathways including DNA methylation and histone acetylation. Contrary to the most genes the regulatory methylation sites are not in the promoter region but about 1.2 kilo bases upstream. The study aimed the investigation of the effect of specified nutrients on inflammatory mediators on the example of IL-8. Gene expression was analyzed by ELISA and real-time PCR, DNA methylation by bisulfite sequencing PCR (BSP) and histone acetylation by Chromatin immunoprecipitation (ChIP). The results showed that butyrate decreased the methylation grade and increased the histone acetylation on histone H3 lysine 9 but no changes in the gene expression could be observed. Folic acid enhanced DNA methylation as it was expected but did not alter gene expression. Gene expression was increased by genistein, zebularin and chrysin