A small molecule activator of p300/CBP histone acetyltransferase promotes survival and neurite growth in a cellular model of Parkinson’s disease

Parkinson’s disease (PD) is a progressive neurodegenerative disease characterised by motor and non-motor symptoms, resulting from the degeneration of nigrostriatal dopaminergic neurons and peripheral autonomic neurons. Given the limited success of neurotrophic factors in clinical trials, there is a need to identify new small molecule drugs and drug targets to develop novel therapeutic strategies to protect all neurons that degenerate in PD. Epigenetic dysregulation has been implicated in neurodegenerative disorders, while targeting histone acetylation is a promising therapeutic avenue for PD. We and others have demonstrated that histone deacetylase inhibitors have neurotrophic effects in experimental models of PD. Activators of histone acetyltransferases (HAT) provide an alternative approach for the selective activation of gene expression, however little is known about the potential of HAT activators as drug therapies for PD. To explore this potential, the present study investigated the neurotrophic effects of CTPB (N-(4-chloro-3-trifluoromethyl-phenyl)-2-ethoxy-6-pentadecyl-benzamide), which is a potent small molecule activator of the histone acetyltransferase p300/CBP, in the SH-SY5Y neuronal cell line. We report that CTPB promoted the survival and neurite growth of the SH-SY5Y cells, and also protected these cells from cell death induced by the neurotoxin 6-hydroxydopamine. This study is the first to investigate the phenotypic effects of the HAT activator CTPB, and to demonstrate that p300/CBP HAT activation has neurotrophic effects in a cellular model of PD.

Synergy between histone deacetylase inhibitors and DNA- damaging agents is mediated by histone deacetylase 2 in colorectal cancer

Previous studies have associated the overexpression of histone deacetylase 2 (HDAC2) and the presence of TP53 mutations with the progression to advanced stage drug resistant colorectal cancer (CRC). However, the mechanistic link between HDAC2 expression and the TP53 mutational status has remained unexplored. Here, we investigated the function of HDAC2 in drug resistance by assessing the synergistic effects of DNA-targeted chemotherapeutic agents and HDAC inhibitors (HDACis) on two TP53-mutated colorectal adenocarcinoma CRC cell lines (SW480 and HT-29) and on the TP53-wild type carcinoma cell line (HCT116 p53+/+) and its TP53 deficient sub-line (HCT116 p53-/-). We showed that in the untreated SW480 and HT-29 cells the steady-state level of HDAC2 was low compared to a TP53-wild type carcinoma cell line (HCT116 p53+/+). Increased expression of HDAC2 correlated with drug resistance, and depletion by shRNA sensitised the multi-drug resistance cell line HT-29 to CRC chemotherapeutic drugs such as 5-fluorouracil (5-FU) and oxaliplatin (Oxa). Combined treatment with the HDACi suberoylanilide hydroxamic acid plus 5-FU or Oxa reduced the level of HDAC2 expression, modified chromatin structure and induced mitotic cell death in HT-29 cells. Non-invasive bioluminescence imaging revealed significant reductions in xenograft tumour growth with HDAC2 expression level reduced to <50% in treated animals. Elevated levels of histone acetylation on residues H3K9, H4K12 and H4K16 were also found to be associated with resistance to VPA/Dox or SAHA/Dox treatment. Our results suggest that HDAC2 expression rather than the p53 mutation status influences the outcome of combined treatment with a HDACi and DNA-damaging agents in CRC.

Analysis of Histone Deacetylase 7 (HDAC7) Alternative Splicing and Its Role in Embryonic Stem Cell Differentiation Toward Smooth Muscle Lineage

Histone deacetylases (HDACs) have a central role in the regulation of gene expression, which undergoes alternative splicing during embryonic stem cell (ES) cell differentiation. Alternative splicing gives rise to vast diversity over gene information, arousing public concerns in the last decade. In this chapter, we describe a strategy to detect HDAC7 alternative splicing and analyze its function on ES cell differentiation.

Molecular and Functional Characterization of Histone Derived Antimicrobial Peptides from Marine Organisms

Antimicrobial peptides (AMPs) are gene encoded, small sized, generally cationic, amphiphathic peptides characterized by antimicrobial activity against bacteria, fungi, viruses and other pathogens. They are a major component of the innate immune defense system of almost all living organisms, ranging from bacteria to humans and represent the first line of defense against the invading microbial pathogens (Boman, 1995; Zasloff, 2002). Antimicrobial peptides represent a heterogeneous group displaying multiple modes of action that are determined by the sequence and concentration of peptides. Their remarkable specificity for prokaryotes with low toxicity for eukaryotic cells has favored their investigation and exploitation as new antibiotics

Étude de l'influence du variant d'histone H2A.Z sur l'organisation des nucléosomes aux enhancers liés par le récepteur alpha de l'oestrogène

L'identité et la réactivité cellulaires sont établies, maintenues et modulées grâce à l'orchestration de programmes transcriptionnels spécifiques. Les éléments régulateurs, des régions particulières de la chromatine responsables de l'activation ou de la répression des gènes, sont au coeur de cette opération. Ces dernières années, de nombreuses études ont révélé le rôle central des « enhancers » dans ce processus. En effet, des centaines de milliers « enhancers » seraient éparpillés dans le génome humain, majoritairement dans sa portion non-codante, et contrairement au promoteur, leur activation varierait selon le type ou l'état cellulaire ou en réponse à une stimulation physiologique, pathologique ou environnementale. Les « enhancers » sont, en quelque sorte, des carrefours où transitent une multitude de protéines régulées par les signaux intra- et extra-cellulaires et un dialogue s'établit entre ces diverses protéines et la chromatine. L'identification des « enhancers ainsi qu'une compréhension de leur mode de fonctionnement sont donc cruciales, tant au plan fondamental que clinique. La chromatine joue un rôle indéniable dans l'activité des éléments régulateurs, tant par sa composition que par sa structure, en régulant, entre autres, l'accessibilité de l'ADN. En effet, l'ADN des régions régulatrices est bien souvent masqué par un nucléosome occlusif, lequel doit être déplacé ou évincé afin de permettre la liaison des protéines régulatrices, notamment les facteurs de transcription (FTs). Toutefois, la contribution de la composition de la chromatine à ce processus reste incomprise. Le variant d'histone H2A.Z a été identifié comme une composante de la chromatine aux régions accessibles, dont des « enhancers » potentiels. Toutefois son rôle y est inconnu, bien que des études récentes suggèrent qu'il pourrait jouer un rôle important dans la structure de la chromatine à ces régions. Par ailleurs, un lien étroit existe entre H2A.Z et la voie de signalisation des oestrogènes (notamment la 17-[beta]-estradiol (E2)). Ainsi, H2A.Z est essentiel à l'expression de plusieurs gènes cibles de l'E2. Les effets de l'E2 sont en partie exercés par un FT, le récepteur alpha des oestrogènes (ER[alpha]), lequel se lie à l'ADN suite à son activation, et ce majoritairement à des « enhancers », et permet l'établissement d'un programme transcriptionnel spécifique. Cette thèse vise à définir le rôle d'H2A.Z aux « enhancers », et plus particulièrement son influence sur l'organisation des nucléosomes aux « enhancers » liés par ER[alpha]. D'abord, mes travaux effectués à l'échelle du génome ont démontré qu'H2A.Z n'est présent qu'à certains ER[alpha]-« enhancers » actifs. Cette particularité a fait en sorte que nous avons pu comparer directement les « enhancers » actifs occupés par H2A.Z à ceux non-occupés, afin de mettre en évidence sa relation à l'environnement chromatinien. Étonnamment, il est apparu qu'H2A.Z n'introduit pas une organisation unique ou particulière des nucléosomes aux « enhancers ». Par ailleurs, nos résultats montrent qu'H2A.Z joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des « enhancers ». En effet, nous avons observé que suite à leur activation par l'E2, les « enhancers » occupés par H2A.Z recrutent l'ARN polymérase II (ARNPII) et produisent un transcrit. Ils recrutent également RAD21, une composante du complexe cohésine impliqué, entre autres, dans des interactions chromosomiques entre « enhancers » et promoteurs. De façon intéressante, nous avons mis en évidence que ces trois évènements, connus pour leur importance dans l'activité des « enhancers », sont dépendants d'H2A.Z. Ainsi, la présence d'H2A.Z à l' « enhancer » pourrait permettre un environnement chromatinien favorable à trois aspects clés de l'activité des « enhancers » : la présence de l'ARNPII, la transcription et la formation d'une boucle d'interaction, et par la suite, de par la proximité « enhancer »-promoteur ainsi créée, augmenter la concentration d'ARNPII à proximité du promoteur favorisant l'expression du gène cible. Un tel rôle central d'H2A.Z dans l'activité d' « enhancers » spécifiques pourrait participer à un mécanisme épigénétique ciblé de la régulation de l'expression des gènes.

Rescue of impaired fear extinction : role of dopaminergic signaling and histone acetylation

submitted by Verena Felizitas Maurer

The Role of PME-1 in Cancer: Therapeutic Implication

Protein phosphatase 2A (PP2A) plays a major role in maintaining cellular signaling homeostasis in human cells by reversibly affecting the phosphorylation of a variety of proteins. Protein phosphatase methylesterase-1 (PME-1) negatively regulates PP2A activity by reversible demethylation and active site binding. Thus far, it is known that overexpression of PME-1 in human gliomas contributes to ERK pathway signaling, cell proliferation, and malignant progression. Whether PME-1-mediated PP2A inhibition promotes therapy resistance in gliomas is unknown. Specific PP2A targets regulated by PME-1 in cancers also remain elusive. Additionally, whether oncogenic function of PME-1 can be generalized to various human cancers needs to be investigated. This study demonstrated that PME-1 expression promotes kinase inhibitor resistance in glioblastoma (GBM). PME-1 silencing sensitized GBM cells to a group of clinically used indolocarbazole multikinase inhibitors (MKIs). To facilitate the quantitative evaluation of MKIs by cancer-cell specific colony formation assay, Image-J software-plugin ‘ColonyArea’ was developed. PME-1-silencing was found to reactivate specific PP2A complexes and affect PP2A-target histone deacetylase HDAC4 activity. The HDAC4 inhibition induced synthetic lethality with MKIs similar to PME-1 depletion. However, synthetic lethality by both approaches required co-expression of a pro-apoptotic protein BAD. In gliomas, PME-1 and HDAC4 expression was associated with malignant progression. Using tumor PME-1, HDAC4 and BAD expression based stratification signatures this study defined patient subgroups that are likely to respond to MKI alone or in combination with HDAC4 inhibitor therapies. In contrast to the oncogenic role of PME-1 in certain cancer types, this study established that colorectal cancer (CRC) patients with high tumor PME-1 expression display favorable prognosis. Interestingly, PME-1 regulated survival signaling did not operate in CRC cells. Summarily, this study potentiates the candidacy of PME-1 as a therapy target in gliomas, but argues against generalization of these findings to other cancers, especially CRC.

DNA demethylation during Chrysanthemum floral transition following short-day treatment

Background: Analytical techniques such as methylation-sensitive amplification polymorphism and high-performance liquid chromatography were used to detect variation in DNA methylation of mature Chrysanthemum leaves during the floral transition induced by short-day (SD) treatment. Results: For both early- and late-flowering cultivars, the time from the date of planting to the appearance of the capitulum bud and early blooming were significantly shorter than those of the control. The capitulum development of the early-flowering cultivar was significantly accelerated compared to the control, unlike the late-flowering cultivar. The DNA methylation percentage of leaves was significantly altered during flower development. For the early-flowering cultivar, DNA methylation was 42.2–51.3% before the capitulum bud appeared and 30.5–44.5% after. The respective DNA methylation percentages for the late-flowering cultivar were 43.5–56% and 37.2–44.9%. Conclusions: The DNA methylation percentage of Chrysanthemum leaves decreased significantly during floral development. The decline in DNA methylation was elevated in the early-flowering cultivar compared with the late-flowering cultivar.

Synthesis of 5-Carbapterocarpens by α-Arylation of Tetralones Followed by One-Pot Demethylation/Cyclization with BBr3

5-Carbapterocarpens, one of them displaying estrogenic activity, were prepared from α-aryltetralones in high yields through a one-pot, BBr3-promoted O-demethylation and cyclization sequence. The key α-aryltetralone intermediates were obtained by direct α-arylation of tetralones with o-alkoxybromoarenes in the presence of Pd2(dba)3 (2.5 mol-%) and tBu3PHBF4 (10 mol-%) as catalysts, together with 2.5 equiv. of KOH in dioxane/H2O (4:1), under microwave irradiation conditions (80 W, 100 °C, 40 min), leading to α-monoaryltetralones in good yields.

Proscillaridin A effects on histone acetylation and C-MYC degradation in acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) représente environ 25% des cancers pédiatriques diagnostiqués chaque année. Dans 80 % des cas, une rémission complète est observée. Cependant, les patients résistants aux traitements ainsi que les patients en rechute présentent un mauvais pronostique. Les altérations épigénétiques sont des facteurs essentiels dans le développement et la progression de la maladie, ainsi qu’à la résistance aux traitements. Lors d’un criblage de médicaments approuvés par la FDA, nous avons découvert des molécules ayant des caractéristiques anticancéreux et épigénétiques. Pour évaluer l’activité de ces molécules, nous avons procédé à un criblage secondaire sur plusieurs lignées cellulaires leucémiques. Nous avons découvert qu’une de ces molécules, un glucoside cardiotonique appelé la proscillaridine A, avait une activité anticancéreuse spécifique pour des cellules leucémiques. Nous faisons donc l’hypothèse que la proscillaridine A pourrait avoir des effets épigénétiques et anticancéreux dans des modèles précliniques de LLA. Pour tester cette hypothèse, nous avons traité deux lignées cellulaires de LLA Nalm-6 (LLA pre-B) et Molt-4 (T-LLA) in vitro pendant 2 à 96 heures à des doses pertinentes sur le plan clinique. Nous avons alors pu observer une inhibition de croissance qui était dépendante de la dose administrée dans les deux lignées cellulaires, avec des valeurs de 50% d’inhibition de croissance (CI50) de 3.0 nM pour les Nalm-6 et de et 2.3 nM pour les Molt-4. De plus, nos études sur le cycle cellulaire par BrdU démontrent un arrêt en phase G2/M. Nous avons également détecté par immunobuvardage de type western des baisses significatives de l’acétylation de résidus de l’histone 3. Les niveaux d’expression des enzymes responsables de cette acétylation, les histones acétyltransférases CBP, P300 et TIP60 ainsi que de l’oncogène C-MYC étaient également diminuées. Par des analyses de séquençage de l’ARN, nous avons observé une augmentation de l’expression des gènes impliquées dans les processus d’apoptose et de différentiation cellulaire, ainsi qu’une diminution des gènes impliqués dans la prolifération cellulaire comme en particulier les gènes cibles de C-MYC. Ces résultats prometteurs suggèrent le potentiel prometteur de la proscillaridine A comme nouvelle thérapie pour les patients atteints de LLA.

Proscillaridin A effects on histone acetylation and C-MYC degradation in acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) représente environ 25% des cancers pédiatriques diagnostiqués chaque année. Dans 80 % des cas, une rémission complète est observée. Cependant, les patients résistants aux traitements ainsi que les patients en rechute présentent un mauvais pronostique. Les altérations épigénétiques sont des facteurs essentiels dans le développement et la progression de la maladie, ainsi qu’à la résistance aux traitements. Lors d’un criblage de médicaments approuvés par la FDA, nous avons découvert des molécules ayant des caractéristiques anticancéreux et épigénétiques. Pour évaluer l’activité de ces molécules, nous avons procédé à un criblage secondaire sur plusieurs lignées cellulaires leucémiques. Nous avons découvert qu’une de ces molécules, un glucoside cardiotonique appelé la proscillaridine A, avait une activité anticancéreuse spécifique pour des cellules leucémiques. Nous faisons donc l’hypothèse que la proscillaridine A pourrait avoir des effets épigénétiques et anticancéreux dans des modèles précliniques de LLA. Pour tester cette hypothèse, nous avons traité deux lignées cellulaires de LLA Nalm-6 (LLA pre-B) et Molt-4 (T-LLA) in vitro pendant 2 à 96 heures à des doses pertinentes sur le plan clinique. Nous avons alors pu observer une inhibition de croissance qui était dépendante de la dose administrée dans les deux lignées cellulaires, avec des valeurs de 50% d’inhibition de croissance (CI50) de 3.0 nM pour les Nalm-6 et de et 2.3 nM pour les Molt-4. De plus, nos études sur le cycle cellulaire par BrdU démontrent un arrêt en phase G2/M. Nous avons également détecté par immunobuvardage de type western des baisses significatives de l’acétylation de résidus de l’histone 3. Les niveaux d’expression des enzymes responsables de cette acétylation, les histones acétyltransférases CBP, P300 et TIP60 ainsi que de l’oncogène C-MYC étaient également diminuées. Par des analyses de séquençage de l’ARN, nous avons observé une augmentation de l’expression des gènes impliquées dans les processus d’apoptose et de différentiation cellulaire, ainsi qu’une diminution des gènes impliqués dans la prolifération cellulaire comme en particulier les gènes cibles de C-MYC. Ces résultats prometteurs suggèrent le potentiel prometteur de la proscillaridine A comme nouvelle thérapie pour les patients atteints de LLA.

Changes In Liver Cell Dna Methylation Status In Diabetic Mice Affect Its Ft-ir Characteristics.

Lower levels of cytosine methylation have been found in the liver cell DNA from non-obese diabetic (NOD) mice under hyperglycemic conditions. Because the Fourier transform-infrared (FT-IR) profiles of dry DNA samples are differently affected by DNA base composition, single-stranded form and histone binding, it is expected that the methylation status in the DNA could also affect its FT-IR profile. The DNA FT-IR signatures obtained from the liver cell nuclei of hyperglycemic and normoglycemic NOD mice of the same age were compared. Dried DNA samples were examined in an IR microspectroscope equipped with an all-reflecting objective (ARO) and adequate software. Changes in DNA cytosine methylation levels induced by hyperglycemia in mouse liver cells produced changes in the respective DNA FT-IR profiles, revealing modifications to the vibrational intensities and frequencies of several chemical markers, including νas -CH3 stretching vibrations in the 5-methylcytosine methyl group. A smaller band area reflecting lower energy absorbed in the DNA was found in the hyperglycemic mice and assumed to be related to the lower levels of -CH3 groups. Other spectral differences were found at 1700-1500 cm(-1) and in the fingerprint region, and a slight change in the DNA conformation at the lower DNA methylation levels was suggested for the hyperglycemic mice. The changes that affect cytosine methylation levels certainly affect the DNA-protein interactions and, consequently, gene expression in liver cells from the hyperglycemic NOD mice.

Gut Bacteria Products Prevent Aki Induced By Ischemia-reperfusion.

Short-chain fatty acids (SCFAs) are fermentation end products produced by the intestinal microbiota and have anti-inflammatory and histone deacetylase-inhibiting properties. Recently, a dual relationship between the intestine and kidneys has been unraveled. Therefore, we evaluated the role of SCFA in an AKI model in which the inflammatory process has a detrimental role. We observed that therapy with the three main SCFAs (acetate, propionate, and butyrate) improved renal dysfunction caused by injury. This protection was associated with low levels of local and systemic inflammation, oxidative cellular stress, cell infiltration/activation, and apoptosis. However, it was also associated with an increase in autophagy. Moreover, SCFAs inhibited histone deacetylase activity and modulated the expression levels of enzymes involved in chromatin modification. In vitro analyses showed that SCFAs modulated the inflammatory process, decreasing the maturation of dendritic cells and inhibiting the capacity of these cells to induce CD4(+) and CD8(+) T cell proliferation. Furthermore, SCFAs ameliorated the effects of hypoxia in kidney epithelial cells by improving mitochondrial biogenesis. Notably, mice treated with acetate-producing bacteria also had better outcomes after AKI. Thus, we demonstrate that SCFAs improve organ function and viability after an injury through modulation of the inflammatory process, most likely via epigenetic modification.

Evaluation of muscle strength and motor abilities in children with type II and III spinal muscle atrophy treated with valproic acid

Background: Spinal muscular atrophy (SMA) is an autosomal recessive disorder that affects the motoneurons of the spinal anterior horn, resulting in hypotonia and muscle weakness. The disease is caused by deletion or mutation in the telomeric copy of SMN gene (SMN1) and clinical severity is in part determined by the copy number of the centromeric copy of the SMN gene (SMN2). The SMN2 mRNA lacks exon 7, resulting in a production of lower amounts of the full-length SMN protein. Knowledge of the molecular mechanism of diseases has led to the discovery of drugs capable of increasing SMN protein level through activation of SMN2 gene. One of these drugs is the valproic acid (VPA), a histone deacetylase inhibitor. Methods: Twenty-two patients with type II and III SMA, aged between 2 and 18 years, were treated with VPA and were evaluated five times during a one-year period using the Manual Muscle Test (Medical Research Council scale-MRC), the Hammersmith Functional Motor Scale (HFMS), and the Barthel Index. Results: After 12 months of therapy, the patients did not gain muscle strength. The group of children with SMA type II presented a significant gain in HFMS scores during the treatment. This improvement was not observed in the group of type III patients. The analysis of the HFMS scores during the treatment period in the groups of patients younger and older than 6 years of age did not show any significant result. There was an improvement of the daily activities at the end of the VPA treatment period. Conclusion: Treatment of SMA patients with VPA may be a potential alternative to alleviate the progression of the disease.

Biomimetic oxidative treatment of spruce wood studied by pyrolysis-molecular beam mass spectrometry coupled with multivariate analysis and (13)C-labeled tetramethylammonium hydroxide thermochemolysis: implications for fungal degradation of wood

In this work, pyrolysis-molecular beam mass spectrometry analysis coupled with principal components analysis and (13)C-labeled tetramethylammonium hydroxide thermochemolysis were used to study lignin oxidation, depolymerization, and demethylation of spruce wood treated by biomimetic oxidative systems. Neat Fenton and chelator-mediated Fenton reaction (CMFR) systems as well as cellulosic enzyme treatments were used to mimic the nonenzymatic process involved in wood brown-rot biodegradation. The results suggest that compared with enzymatic processes, Fenton-based treatment more readily opens the structure of the lignocellulosic matrix, freeing cellulose fibrils from the matrix. The results demonstrate that, under the current treatment conditions, Fenton and CMFR treatment cause limited demethoxylation of lignin in the insoluble wood residue. However, analysis of a water-extractable fraction revealed considerable soluble lignin residue structures that had undergone side chain oxidation as well as demethoxylation upon CMFR treatment. This research has implications for our understanding of nonenzymatic degradation of wood and the diffusion of CMFR agents in the wood cell wall during fungal degradation processes.