title: Effect of different environmental factors on epigenetic modification in allergy and asthma
title: Der Einfluss Unwelt Faktoren auf epigentische Modifkationen in Asthma und allergischen Erkankungen
Creators: name: Harb, Hani
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: subject: Sciences
subject: Naturwissenschaften
subject: T-cells
subject: T-Zellen
subject: Allergy
subject: FOS: Clinical medicine
subject: Asthma
subject: histone modifications
subject: Epigenetik, Histonmodifikationen
subject: Asthma, Epigenetics
subject: Allerige

description: In dieser Doktorarbeit wurde die
      Chromatin Immunoprecipitation zur Anwendung in Kohortstudien
      etabliert und validiert. Die für die Kohortstudien
      verwendeten Proben haben in der Regel eine geringe Zellzahl,
      die routinemäßig eingefroren und für längeren Zeitraum
      gelagert werden. Dieses Verfahren wurde mit verschiedenen
      bekannten Validierungsprotokollen validiert. Anschließend
      wurden mit Hilfe des Chromatin Immunoprecipitation drei
      verschiedene Kohorten an drei verschiedenen Perspektiven
      analysiert. In der ersten Kohorte wurde die Wirkung des
      mütterlichen Folsäure-Status während der Schwangerschaft bei
      der Acetylierung von TH1, TH2, Treg und TH17 Gen Loci im
      Nabelschnurblut von CD4+ T-Zellen untersucht. Dazu wird der
      sehr niedrigen Folsäure-Status mit der sehr hohen
      Folsäurespiegeln im Blut der Mutter bezüglich der
      DNA-Methylierung und der Histon-Acetylierung verglichen und
      untersucht. GATA3 und IL9 wurden an beiden Histonen H3 und H4
      in der hoch Folsäuregruppe im Vergleich zur niedrig
      Folat-Gruppe deutlich mehr acetyliert. Dies bedeutet, dass
      der Folsäure-Status das Epigenom in Richtung Th2-Phänotyp
      während der Schwangerschaft verschieben und die Entwicklung
      der allergischen Erkrankungen später im Leben unterstützen
      könnte. Auf der anderen Seite, hat die Supplementierung mit
      Fischöl während der Schwangerschaft andere Wirkungen im
      Vergleich zu dieser aus Folat gezeigt. Im Gegensatz zur
      Placebo Gruppe wurde in der Fischöl Gruppe die Acetylierung
      am IL13 Locus sowohl auf H3 als auch auf H4-Histonen
      verringert. Parallel dazu, ist die Histon-Acetylierung auf
      H3-Histon am TBX21 Locus in der Fischöl Gruppe auch gesunken.
      Dies erweist sich im Einklang mit den Protein und mRNA Daten
      aus den gleichen Probanden vor 11 Jahren (126). Diese Studie
      beweist nochmal dass die Entzündungsprozesse durch die im
      Fischöl enthaltenden ω-3 Fettsäuren zu dämpfen. Fettsäuren
      können in der Regel zu einer allgemeinen
      DNA-Hypermethylierung, einschließlich verschiedene
      inflammatorischen Zytokinen und Genen, durchführen (183). Ob
      Histonacetylierung durch die gleichen zuvor dargestellten
      Mechanismen reguliert wird, ist es noch enthüllen. In
      gleicher Weise wurde ein Vergleich zwischen allergischem
      Asthmatiker und gesunden Kontrollen durchgeführt. Dieses Bild
      sieht komplexer aus. Es ist nicht nur ein einzelner Faktor
      sondern verschiedene Faktoren, die diese epigenetischen
      Modifikationen verursachen. Nicht alle Allergie / Asthma-Gene
      wurden in diesem Szenario beeinflusst. Es gab Gene, die
      anfällig sind. Unter diesen waren IL13 und FOXP3 (FOXP3 Daten
      sind mit freundlicher Genehmigung aus der Dissertation von
      Diana Raedler). Beide wurden an Histon H3 in asthmatischen
      Kindern im Vergleich zu gesunden Kontrollen deutlich mehr
      acetyliert. Darüber hinaus war die Acetylierung auf Histon H4
      an der IL13 Locus auch in den asthmatischen Kindern im
      Vergleich zu ihren gesunden Kontrollen erhöht. Die durch die
      Umweltfaktoren veränderten menschlichen Epigenom ist ein
      Hauptmechanismus der allergischen Krankheitsentwicklung.
      Folsäure wird als Methyldonor betrachtet. Sie beeinflusst die
      DNA-Methylierung. In dieser Studie haben wir einen weiteren
      Effekt von Folsäure entdeckt. Es kann auch die
      Histonacetylierung als Schlüsselfaktor für den Antrieb des
      Th2 Phänotyps beeinflussen. Wie dies Methyldonor Folat die
      Histonacetylierung beeinflusst und verändert ist noch zu
      klären. Darüber hinaus wird in dieser Studie gezeigt, dass
      die Fischöl-Supplementierung mit der Histonacetylierung
      verbunden ist. Dies war mit den später im Leben entwickelten
      allergischen Krankheiten korreliert. Es bleibt nun die Frage
      zu klären, wie eine Fettsäure, die in der Regel in
      Zellmembranen eingebaut wurde, das Epigenom
      verändert.
description: In this study chromatin
      immunoprecipitation was established for using the method in
      cohort studies were only small amount of cells are available
      and the samples are routinely frozen and stored at low
      temperature. Additionally, the method was validated for that
      purpose. This method was validated using different well known
      validation protocols. Three different cohorts were analyzed
      using this method with three different perspectives. In the
      first cohort, the effect of folate status during pregnancy
      upon acetylation of Th1, TH2, Treg and TH17 cell loci in cord
      blood CD4+ T cells was investigated. For that purpose the two
      extremes very low vs. very high folate levels in maternal
      blood were picked and both DNA methylation and histone
      acetylation were investigated.. GATA3 and IL9 were
      significantly more acetylated at both histones H3 and H4 in
      the high folate group compared to the low folate group. This
      suggests that folate status during pregnancy can modify the
      epigenome toward a more Th2 phenotype supporting the
      development of allergic disease later in life. On the other
      hand, supplementation with fish oil during pregnancy showed
      adversary effects to what folate showed by causing the
      reduction in acetylation at the IL13 locus at both H3 and H4
      histones. Parallel to that there was a reduction in the
      histone acetylation in H3 histone at the TBX21 locus. This
      proves to be consistent with the protein and mRNA data
      obtained from the same individual 11 years ago (Dunstan et
      al. 2003). Fish oil proves once again that it can attenuate
      inflammatory process through ω-3 fatty acids contained in it.
      Fatty acids in general cause a general DNA hypermethylation
      which can regulate different genes including inflammatory
      cytokines and genes (Burdge and Lillycrop 2014). Whether
      histone acetylation is affected through the same mechanisms
      illustrated earlier is still to be revealed. In the same
      fashion, a comparison between allergic asthmatics with
      healthy controls was explored. This picture looks more
      complex. It is not a single factor that causes these
      epigenetic modifications. Not all the allergy/asthma related
      genes were influenced in that scenario but there was
      susceptible gene, among them were IL13 and FOXP3 (FOXP3 data
      are courtesy of Diana Raedler PhD thesis). Both were
      significantly more acetylated at histone H3 in asthmatic
      children in comparison with healthy controls. Moreover, the
      acetylation at histone H4 for IL13 locus was as well
      increased in the asthmatic children compared to their fellow
      healthy controls. The effect of environmental factors on the
      development of allergic disease through the development and
      alteration of the human epigenome is now a major mechanism of
      disease development. How these effects and what are the most
      important marks are, is still an open question. There are
      still some open questions to be answered and they are of a
      great importance for future planning. 1- Folate is considered
      a methyl donor and affects DNA methylation. In this study we
      have seen another effect of folate comprising histone
      acetylation as a key factor driving the Th2 machinery. How
      folate as a methyl donor does affect histone acetylation
      remains to be clarified. 2- Fish oil with all the different
      ω-3 fatty acids is considered with different publications a
      protector against development of allergic disease. In this
      study we were able to show that fish oil supplementation is
      associated with histone acetylation and this was further
      correlated to allergic disease development later in life. The
      remaining question is how a fatty acid that is usually
      incorporated into cell membrane alters the epigenome of an
      individual causing the silencing or activation of certain
      genes. 3- It has been shown by many investigators that
      epigenetic modifications work not lonely but are interlinked
      with each other. Several studies showed interacted mechanisms
      between different epigenetic modifications. It is very
      important to have more detailed studies to shed more light on
      that prospective to understand more the complexity of the
      human genome. At the end, in this study one small step toward
      a better understanding of our complexity has been made and
      how does a small part of the human epigenome work has been
      revealed.