Rôle de l’acétylation/déacétylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes de la COX-2, iNOS et mPGES-1 dans les tissus articulaires

Abstract

L’arthrose ou ostéoarthrose (OA) est l’affection rhumatologique la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée principalement par une perte du cartilage articulaire et l’inflammation de la membrane synoviale. L’interleukine (IL)-1ß, une cytokine pro-inflammatoire, joue un rôle très important dans la pathogenèse de l’OA. Elle exerce son action en induisant l’expression des enzymes cyclo-oxygénase 2 (COX-2), prostaglandine E synthétase microsomale 1 (mPGES-1) et l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) ainsi que la production de la prostaglandine E2 (PGE2) et de l’oxyde nitrique (NO). Ces derniers (PGE2 et NO) contribuent à la synovite et la destruction du cartilage articulaire par leurs effets pro-inflammatoires, pro-cataboliques, anti-anaboliques, pro-angiogéniques et pro-apoptotiques. Les modifications épigénétiques, telles que la méthylation de l’ADN, et l’acétylation et la méthylation des histones, jouent un rôle crucial dans la régulation de l’expression des gènes. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones est la plus documentée. Ce processus est contrôlé par deux types d’enzymes : les histones acétyltransférases (HAT) qui favorisent la transcription et les histones déacétylases (HDAC) qui l’inhibent. L’objectif de ce travail est d’examiner le rôle des enzymes HDAC dans la régulation de l’expression de la COX-2, mPGES-1 et iNOS. Nous avons montré qu’au niveau des chondrocytes, les inhibiteurs des HDAC (iHDAC), trichostatine A (TSA) et butyrate de sodium (NaBu), suppriment l’expression de la COX-2 et iNOS au niveau de l’ARNm et protéique, ainsi que la production de la PGE2 et du NO, induites par l’IL-1ß. L’effet inhibiteur à lieu sans affecter l’activité de liaison à l’ADN du facteur de transcription NF-κB (nuclear factor κ B). La TSA et le NaBu inhibent également la dégradation induite par l’IL-1ß des protéoglycanes au niveau du cartilage. Nous avons également montré, qu’au niveau des fibroblastes synoviaux, les iHDAC, TSA, NaBu et acide valproïque (VA), suppriment l’expression de la mPGES-1 ainsi que la production de la PGE2 induites par l’IL-1ß. En utilisant diverses approches expérimentales, nous avons montré que HDAC4 est impliquée dans l’induction de l’expression de la mPGES-1 par l’IL-1ß. HDAC4 exerce son action, via son activité déacétylase, en augmentant l’activité transcriptionnelle de Egr-1 (early growth factor 1), facteur de transcription principal de l’expression de la mPGES-1. L’ensemble de ces résultats suggère que les inhibiteurs des HDAC pourraient être utilisés dans le traitement de l’OA.

Osteoarthritis (OA) is the most common form of arthritic diseases in the world. It is primarily characterized by the loss of articular cartilage and inflammation of the synovial membrane. Interleukin (IL)-1ß is a pro-inflammatory cytokine that plays a major role in the pathogenesis of OA. It induces the expression of cyclo-oxygenase 2 (COX-2), microsomal prostaglandin E synthase-1 (mPGES-1), inducible nitric oxide synthase (iNOS), as well as the production of prostaglandin E2 (PGE2) and nitric oxide (NO). The later (PGE2 and NO) contribute to articular cartilage destruction and synovitis through their pro-inflammatory, pro-catabolic, anti-anabolic, pro-angiogenic and pro-apoptotic effects. Epigenetic modifications such as DNA methylation, histone acetylation and methylation play a crucial role in gene expression. Among these modifications, histone acetylation is the most studied. Histone acetylation is determined by two types of enzymes: histone acetyltransferases (HAT) and histone deacetylases (HDAC) which activate and repress transcription, respectively. The purpose of these studies is to examine the role of HDAC enzymes in the regulation of COX-2, mPGES-1, and iNOS expression. We demonstrated that HDAC inhibitors (HDACi), trichostatin A (TSA) and sodium butyrate (NaBu), suppressed the Il-1ß-induced transcription and translation of COX-2 and iNOS, as well as the production of PGE2 and NO in chondrocytes. The inhibitory effect of HDACi on transcription does not affect the binding activity of NF-κB (nuclear factor κ B) to DNA. Treatment with TSA and NaBu also inhibited the Il-1ß-induced degradation of proteoglycan in cartilage explants. We also showed that HDACi, TSA, NaBu and valproic acid (VA), suppressed IL-1-induced-mPGES-1 expression and the production of PGE2 in synovial fibroblasts. Our data indicated that HDAC4 is involved in Il-1ß-induced expression of mPGES-1. HDAC4, through its deacetylase activity, up-regulated the transcriptional activity of Egr-1 (early growth factor-1), a principal transcription factor for the expression of mPGES-1. From our studies we propose that HDAC inhibitors can be used in the treatment of OA.