title: Identification of TNFAIP2 as a host factor in Legionella pneumophila-induced pulmonary inflammation by genome-wide chromatin analysis
title: Identifikation von TNFAIP2 als Wirtsfaktor in der Legionellen-Infektion durch genomweite Chromatinanalyse
Creators: name: Du Bois, Ilona
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Sequenzanalyse
Legionella pneumophila
genome-wide chromatin analysis , sequencing
pulmonary inflammation
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
ChIP-Seq , TNFAIP2
Chromatin

description: Eukaryotic gene expression is
      tightly controlled by epigenetic mechanisms, such as histone
      modifications and chromatin remodeling and thus, these
      mechanisms are good targets for pathogens during infection.
      Recent studies show that bacteria manipulate the host
      chromatin structure by diverse mechanisms, thereby imposing a
      specific transcriptional profile and in most cases dampening
      the host innate immune response. Understanding of
      bacterial-induced epigenetic deregulations in the
      physiopathology of infec-tious diseases may have important
      therapeutic implications. Pneumonia is an acute inflammatory
      lung disease provoked by infection with different pathogens,
      e.g. Legionella pneumophila (L. pneumophila). The human
      alveolar epithelium and macrophages constitute the main
      cellular targets for inhaled microorganisms and play a key
      role in the initiation of the innate immune response and the
      defence against respiratory infection. L. pneumophila is a
      motile, rod-shaped, gram-negative, aerobic and intracellular
      pathogen, which possesses the ability to manipulate the host
      immune defence to enable efficient bacterial replication
      within lung tissue. Published data demonstrate that L.
      pneumophila modifies the epigenetics landscape at
      pro-inflammatory gene promoters, such as the IL-8 gene
      promoter and the IL-6 gene promoter, by inducing diverse
      histone modifications (Schmeck et al., 2008; Lorenz et al.,
      2011). Herein, using ChIP-Seq we looked at the effect on H4Ac
      upon Legionella pneumophila infection and identified a factor
      called TNFAIP2 whose acetylation is induced after infection.
      Briefly, TNFAIP2-mRNA and protein expression is induced by L.
      pneumophila Corby and Streptococcus pneumoniae in human and
      mouse cells, respectively. In contrast, its expression cannot
      be induced by human (Pan/99 (H3N2)), nor by avian (Dk/Alb
      (H12N5)) influenza virus in A549 cells. Furthermore, L.
      p.-induced TNFAIP2-mRNA expression depends on bacterial Typ
      IV secretion system and on the activation of TLR2 and TLR5.
      Using specific MAP-kinase and NF-κB inhibitors we could show
      that L. p.-induced TNFAIP2 expression is dependent on NF-κB.
      Binding of the NF-κB subunit p65 to the TNFAIP2 gene promoter
      could be confirmed by ChIP analysis and occurs at a distal
      NF-κB binding site. Knockdown of TNFAIP2 leads to reduced
      intracellular replication of L. pneumophila in human alveolar
      epithelial cells and to a vast number of differentially
      expressed genes, with some of them belonging e.g. to the
      immunsystem and cytoskeleton, respectively. Finally, using
      Maldi-TOF analysis we could show some putative interaction
      partners and thus speculate on the function of TNFAIP2. In
      summary, regulatory mechanisms orchestrating the expression
      of TNFAIP2 could be determined and on this basis possible
      function of TNFAIP2 in pneumonia could be hypothesized. We
      conclude that TNFAIP2 may have a fundamental role in the
      immune response to L. pneumophila and therefore represents an
      interesting therapeutic target.
description: Die eukaryotische Genexpression
      wird u.a. durch epigenetische Mechanismen kontrolliert. Das
      Ziel pathogener Bakterien ist die Sicherung ihrer Replikation
      und Übertragung. Pathogene haben Strategien entwickelt, um
      die epigenetischen Mechanismen des Wirtes zu manipulieren.
      Dadurch können sie Einfluss auf seine Genexpression nehmen
      und so die angeborene Immunantwort auf die vorhandene
      Infektion dämpfen. Erkenntnisse bezüglich der
      Bakterien-induzierten epigenetische Deregulierung in der
      Pathophy-siologie von Infektionskrankheiten können wichtige
      therapeutische Implikationen nach sich ziehen. Legionella
      pneumophila ist ein gramnegatives Stäbchenbakterium und ein
      wichtiger Erreger schwerer Pneumonie beim Menschen.
      Publizierte Daten zeigen, dass L. pneumophila die
      epigenetische Landschaft an Promotoren proinflammatorischer
      Gene, wie dem IL-8-Promotor und dem IL-6-Promotor,
      modifiziert. Ziel der vorliegenden Arbeit war die
      Identifikation Pathogen-relevanter Faktoren mit Hilfe einer
      genomweiten Chromatinanalyse. Hierfür wurde in humanen
      Makrophagen eine ChIP-Seq-basierte genomweite Promotoranalyse
      hinsichtlich einer durch Legionella pneumophila induzierten
      Histonmodifikation durchgeführt. Hierbei stand die
      Acetylierung des Histons H4 im Fokus der Untersuchung. Das
      Tumornekrosefaktor-α–induzierte Protein 2 (TNFAIP2), das eine
      Zunahme der Histon H4 Acetylierung an seinem Promotor aufwies
      und dem bis dahin keine Funktion zugeschrieben wurde, wurde
      im weiteren Verlauf der Arbeit hinsichtlich seiner Rolle in
      der Pneumonie untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die
      TNFAIP2-Expression durch L. pneumophila und Streptococcus
      pneumoniae in humanen und/oder murinen Zellen induziert wird.
      Jedoch konnte weder durch den humanen Influenzastamm (Pan/99
      (H3N2)), noch durch den aviären Influenzastamm (Dk/Alb
      (H12N5)) eine Induktion der TNFAIP2-mRNA-Expression gezeigt
      werden. Die L. p.-induzierte TNFAIP2-mRNA-Expression zeigt
      eine Abhängigkeit vom bakteriellen Typ IV-Sekretionssystem
      und der Aktivierung durch TLR2 und TLR5. Weiterhin konnte
      gezeigt werden, dass der Transkriptionsfaktor NF-κB für die
      L. p.-induzierte TNFAIP2-Expression von Bedeutung ist. Die
      Bindung der NF-κB-Untereinheit p65 an der distalen
      NF-κB-Bindestelle des TNFAIP2-Promotors konnte mittels ChIP
      bestätigt werden. Der knockdown von TNFAIP2 führte zu einer
      verminderten intrazellulären Replikation von L. pneumophila
      in humanen Alveolarepithelzellen und hatte Einfluss auf die
      Expression zahlreicher Gene, die z.B. für Proteine des
      Immunsystems und des Zytoskelettes kodieren. Abschließend
      konnten mittels Co-IP und Maldi-TOF Analyse putative
      Interaktionspartner von TNFAIP2 bestimmt werden und so
      mögliche Funktionen von TNFAIP2 diskutiert werden.
      Zusammenfassend sprechen die Ergebnisse für eine mögliche
      fundamentale Rolle von TNFAIP2 in der L. p.-induzierten
      Immunantwort der Zelle und sein Potential als therapeutische
      Zielstruktur.