Acetilazione/deacetilazione degli istoni e predittività della risposta alla terapia medica nella rettocolite ulcerosa

Introduction: Ulcerative colitis (UC) is a chronic inflammatory bowel disease for which there are multiple therapeutic options, including biologic drugs and small molecules. In clinical practice, it has been observed that only two-thirds of patients achieve clinical remission with advance therapies, regardless the specific mechanism of action. However, to date no predictors are available to distinguish responder from non-responders. Several studies link UC inflammatory process to specific epigenetic changes, such as histone acetylation mediated by HAT and HDAC enzymes. Preliminary data showed different expression of HDAC9 between patients with active and inactive disease. It is also known that disease severity is inversely correlated with the number of FoxP3+ regulatory T lymphocytes both in the lamina propria of the intestinal mucosa and in the peripheral blood, and that the expression of this transcription factor is regulated by HDAC9 itself. Aims: To compare mucosal levels of acetylated H3 and HDAC9 among UC patients, responder and no responder to Infliximab therapy, evaluating their changes during therapy and the possible inverse correlation of HDAC9 with FoxP3 expression levels. The second aim was to compare gene expression of HDAC9 and FoxP3 in immune cells isolated from peripheral blood between patients with active or inactive UC. Materials and Methods: Immunohistochemical analysis was conducted for acetylated histone 3, HDAC9 and FoxP3 in the intestinal mucosa of patients with UC on Infliximab therapy, divided into responder and non-responder, both at baseline and during maintenance therapy. In addition, the gene expression, by dd-PCR and qRT-PCR, of HDAC9 and FoxP3 was evaluated respectively in PBMCs and regulatory T lymphocytes of patients with active and inactive UC. Results: An opposite trend of H3 acetylation levels in intestinal mucosa was observed between responders and no responders, which was statistically significant when cells specifically located in the lamina propria were analysed. No significant difference was observed at baseline in acetylation levels between the two groups of patients. Mucosal expression of HDAC9 showed no significant difference between responders and non-responders both at baseline and during therapy; while mucosal FoxP3 was found to have an increasing trend in responders. Finally, a significant increase in gene expression of HDAC9 was found in PBMCs of subjects with active disease, whereas FoxP3 resulted higher in regulatory T lymphocytes of patients with inactive disease. Conclusions: This study confirms the correlation between histone acetylation and inflammation at the mucosal level and lays the foundations for its assessment also at the peripheral level. The data collected from the analysis of HDAC9 gene expression in PBMCs encourage further studies on the role of this specific isoform as a possible predictive marker of response to therapy. Future studies with a larger sample size are needed to confirm the pathogenetic role of HDAC9 also in response to therapy and to demonstrate the active role of acetylation modifications in the anti-inflammatory process.

Introduzione: La rettocolite ulcerosa è una malattia infiammatoria cronica intestinale per la quale esistono molteplici possibilità terapeutiche, tra cui l’impiego di farmaci biologi e small molecules. Nella pratica clinica è stato osservato che solo due terzi dei pazienti rispondono con una remissione clinica, qualunque sia il meccanismo d’azione della terapia biologica scelta. Ad oggi però non sono disponibili marcatori in grado di predire e distinguere i pazienti responder dai non responder. Diversi studi mettono in relazione lo stato infiammatorio della RCU con specifiche modifiche epigenetiche, in particolare l’acetilazione istonica mediata dagli enzimi HAT e HDAC. Dati preliminari hanno mostrato una differente espressione dell’HDAC9 tra i pazienti con malattia attiva e inattiva. È noto, inoltre, che la gravità della malattia è inversamente correlata con il numero di linfociti T regolatori FoxP3+ sia a livello della lamina propria della mucosa intestinale che a livello del sangue periferico e che l’espressione di questo fattore di trascrizione sia regolata dall’HDAC9 stessa. Scopo dello studio: Confrontare i livelli mucosali di H3 acetilato e HDAC9 tra i pazienti con RCU responder e non responder alla terapia con Infliximab, valutandone anche i cambiamenti in corso di terapia e la possibile correlazione inversa dell’HDAC9 con i livelli di espressione di FoxP3. Il secondo scopo è stato quello di confrontare l’espressione genica dell’HDAC9 e di FoxP3 nelle cellule immunitarie isolate da sangue periferico tra pazienti con RCU attiva o non attiva. Materiali e metodi: È stata condotta un’analisi immunoistochimica per l’istone H3 acetilato, l’HDAC9 e il FoxP3 a livello della mucosa intestinale di pazienti con RCU in terapia con Infliximab, divisi tra responder e non responder, sia al baseline che durante la terapia di mantenimento. Inoltre, è stata valutata l’espressione genica, tramite dd-PCR e qRT-PCR, dell’HDAC9 e di FoxP3 rispettivamente nelle PBMC e nei linfociti T regolatori di pazienti con RCU attiva e inattiva. Risultati: Nelle biopsie si è osservato un trend opposto tra responder e non responder per quanto riguarda i livelli di acetilazione dell’H3, che è risultato statisticamente significativo includendo le cellule della lamina propria. Non è stata osservata, invece, una differenza significativa al baseline dei livelli di acetilazione tra i due gruppi di pazienti. L’espressione mucosale di HDAC9 non ha mostrato differenze significative tra responder e non responder; mentre il FoxP3 è risultato avere una tendenza all’aumento nei responder. Infine, a livello del sangue periferico è stato riscontrato un aumento significativo dell’espressione genica di HDAC9 nelle PBMC dei soggetti con malattia attiva, e di FoxP3 nei linfociti T regolatori dei pazienti con malattia inattiva. Conclusioni: Lo studio conferma la correlazione tra acetilazione istonica e infiammazione a livello mucosale e getta le basi per una valutazione della stessa anche a livello periferico. I dati raccolti dall’analisi dell’espressione genica di HDAC9 nelle PBMC incoraggiano ulteriori studi sul ruolo di questa specifica isoforma come possibile marker predittivo di risposta alla terapia. Studi futuri con una casistica più ampia sono necessari per confermare il ruolo patogenetico di HDAC9 anche nella risposta alla terapia e dimostrare il ruolo attivo delle modifiche di acetilazione nel processo antinfiammatorio.