Flow-dependent epigenetic DNA methylation regulates endothelial gene expression and atherosclerosis

DNA甲基化 DNMT1型 甲基化 表观遗传学 表观遗传学 DNA甲基转移酶 机械敏感通道 生物 基因表达 亚硫酸氢盐测序 基因表达调控 分子生物学 甲基转移酶 内皮 甲基化DNA免疫沉淀 细胞生物学 基因 癌症研究 遗传学 受体 离子通道
作者
Jessilyn Dunn,Haiwei Qiu,Soyeon Kim,Daudi Jjingo,Ryan Hoffman,Chan Woo Kim,In-Hwan Jang,Dong Ju Son,Daniel H. Kim,Chenyi Pan,Yuhong Fan,I. King Jordan,Hanjoong Jo
出处
期刊:Journal of Clinical Investigation [American Society for Clinical Investigation]
卷期号:124 (7): 3187-3199 被引量:285
标识
DOI:10.1172/jci74792
摘要

In atherosclerosis, plaques preferentially develop in arterial regions of disturbed blood flow (d-flow), which alters endothelial gene expression and function. Here, we determined that d-flow regulates genome-wide DNA methylation patterns in a DNA methyltransferase-dependent (DNMT-dependent) manner. Induction of d-flow by partial carotid ligation surgery in a murine model induced DNMT1 in arterial endothelium. In cultured endothelial cells, DNMT1 was enhanced by oscillatory shear stress (OS), and reduction of DNMT with either the inhibitor 5-aza-2'-deoxycytidine (5Aza) or siRNA markedly reduced OS-induced endothelial inflammation. Moreover, administration of 5Aza reduced lesion formation in 2 mouse models of atherosclerosis. Using both reduced representation bisulfite sequencing (RRBS) and microarray, we determined that d-flow in the carotid artery resulted in hypermethylation within the promoters of 11 mechanosensitive genes and that 5Aza treatment restored normal methylation patterns. Of the identified genes, HoxA5 and Klf3 encode transcription factors that contain cAMP response elements, suggesting that the methylation status of these loci could serve as a mechanosensitive master switch in gene expression. Together, our results demonstrate that d-flow controls epigenomic DNA methylation patterns in a DNMT-dependent manner, which in turn alters endothelial gene expression and induces atherosclerosis.
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