Mobiele menu

Increased susceptibility for pneumonia in the elderly: role of altered leukocyte DNA methylation

Projectomschrijving

Longontsteking is een belangrijke oorzaak van ziekte en sterfte, waarbij vooral ouderen een verhoogd risico lopen. De mate waarin onze genetische informatie “afgelezen” kan worden wordt mede bepaald door de graad van “methylering” van het DNA. Bij het vorderen van de leeftijd treedt een geleidelijke verandering van de methylering van het DNA op . Dit project beoogt te onderzoeken of veranderde methylering van het DNA in witte bloedcellen leidt tot een verandering in de capaciteit van die cellen om bacteriën te bestrijden en daardoor bijdraagt aan de verminderde afweer tegen longontsteking bij ouderen. Hiertoe zullen onderzoeken gedaan worden bij gezonde mensen en bij patiënten met longontsteking van jonge (< 40 jaar) dan wel oudere (> 70 jaar) leeftijd. Tevens zal de afweer tegen experimentele longontsteking onderzocht worden bij muizen waarbij de DNA methylering in witte bloedcellen veranderd is door genetische of farmacologische manipulatie.

Producten

Titel: DNA methylation dynamics and host defense mechanisms of monocytes during community-acquired pneumonia
Auteur: X.Brands, B.W. Haak, A.M. Klarenbeek, N.A. Otto, F. Uhel, M.E. Jakobs, D.R. Faber, R. Lutter, W.J. Wiersinga, T. van der poll and B.P. Scicluna
Titel: Immunosuppresion and hyperinflammation in patients with community-aquired pneumonia
Auteur: X. Brands
Titel: Airway epithelial Tet2 contributes to barrier integrity of the lung during pulmonary bacterial infection.
Auteur: Qin W., Brands X., de Vos A.F., Scicluna B.P., van der Poll T.
Titel: Protease-Activated Receptor 2 Facilitates Bacterial Dissemination in Pneumococcal Pneumonia
Auteur: van den Boogaard, Florry E, Brands, Xanthe, Duitman, JanWillem, de Stoppelaar, Sacha F, Borensztajn, Keren S, Roelofs, Joris J T H, Hollenberg, Morley D, Spek, C Arnold, Schultz, Marcus J, van ‘t Veer, Cornelis, van der Poll, Tom
Magazine: The journal of infectious diseases

Verslagen


Eindverslag

Longontsteking is een belangrijke oorzaak van ziekte en sterfte, vooral bij ouderen. De mate waarin onze genetische informatie “afgelezen” kan worden wordt mede bepaald door de graad van “methylering” van het DNA. Dit project beoogde te onderzoeken of veranderde methylering van het DNA in witte bloedcellen leidt tot een verandering in de capaciteit van die cellen om bacteriën te bestrijden. Het project bestond uit twee delen: (1) een observationele studie bij patiënten met longontsteking, waarbij witte bloedcellen uit het bloed geïsoleerd werden voor analyse van DNA methylering, gen expressie en functionaliteit; en (2) studies bij genetische gemodificeerde muizen met een deletie (in witte bloedcellen) van enzymen die belangrijk zijn voor DNA methylering; bij deze muizen werd de afweer onderzocht tijdens experimentele geïnduceerde longontsteking.

Longontsteking is een belangrijke oorzaak van ziekte en sterfte, waarbij vooral ouderen een verhoogd risico lopen. De mate waarin onze genetische informatie “afgelezen” kan worden wordt mede bepaald door de graad van “methylering” van het DNA. Bij het vorderen van de leeftijd treedt een geleidelijke verandering van de methylering van het DNA op . Dit project beoogt te onderzoeken of veranderde methylering van het DNA in witte bloedcellen leidt tot een verandering in de capaciteit van die cellen om bacteriën te bestrijden en daardoor bijdraagt aan de verminderde afweer tegen longontsteking bij ouderen. Hiertoe zullen onderzoeken gedaan worden bij gezonde mensen en bij patiënten met longontsteking van jonge (< 40 jaar) dan wel oudere (> 70 jaar) leeftijd. Tevens zal de afweer tegen experimentele longontsteking onderzocht worden bij muizen waarbij de DNA methylering in witte bloedcellen veranderd is door genetische of farmacologische manipulatie.

Samenvatting van de aanvraag

BACKGROUND & RATIONALE: Elderly persons are vulnerable to community-acquired pneumonia (CAP); almost half of all hospitalized patients with CAP are > 65 years of age. Due to the relative and absolute increase in the number of elderly persons, the incidence of CAP is expected to rise dramatically in the next decades. Many age-associated diseases are linked to deterioration of the immune system, a process termed immunosenescence. Immunosenescence amongst other has a major impact on innate responses against bacterial pathogens. Neutrophils and monocytes/macrophages are Important cellular components of the innate immune response, and evidence indicates that the function of monocytes/macrophages and neutrophils is disturbed in elderly subjects. Ageing is associated with progressive changes in DNA methylation. DNA methylation involves the addition of a methyl group to the fifth position of a cytosine base by DNA methyltransferases (DNMTs). Demethylation of DNA is primarily regulated by the Ten-Eleven Translocation (TET) family of enzymes. The current DNA methylation model postulates that increased methylation in promoter-associated CpG islands commonly causes transcriptional silencing, while decreased methylation is associated with transcriptional activation. The changes in DNA methylation that accompany ageing have been implicated in several age-related diseases, in particular cancer and cardiovascular disease. HYPOTHESIS: We hypothesize that altered DNA methylation in leukocytes (neutrophils and/or monocytes/macrophages) of elderly persons impairs host defense against pathogens, resulting in an increased vulnerability for infections like CAP. In addition, we hypothesize that infection can modify DNA methylation in leukocytes which can further impact their innate immune functions. In support of the latter assumption, our own unpublished data provide evidence that CAP results in an acute change in DNA methylation patterns in blood leukocytes, and that the DNA methylation pattern in blood leukocytes is altered within 3 hours after an acute intravenous bacterial challenge (endotoxin) in healthy subjects. OVERALL OBJECTIVE & STUDY QUESTIONS: We seek to obtain insight in the role of altered DNA methylation in leukocytes in the enhanced susceptibility to CAP in elderly patients. The following Study Questions will be addressed: (1) What is the association between age, DNA methylation in blood leukocytes and leukocyte responses to CAP pathogens in vitro? (2) What is the association between DNA methylation in blood leukocytes and the host response during CAP in vivo? (3) Does leukocyte-specific modulation of DNA methylation impact on host defense mechanisms during CAP? APPROACH: We will analyze DNA methylation of purified monocytes and neutrophils from asymptomatic young (< 40 years) and old (> 70 years) persons (Study Question 1), as well as from patients with CAP from the same age categories (Study Question 2), which will be linked with DNMT and TET activity, RNA expression and a selection of innate immune function tests. In addition, we will investigate the functional consequences of altered DNA methylation in leukocytes for host defense during pneumonia by infecting myeloid specific dnmt1, dnmt3a, dnmt3b and tet2 knockout mice with human CAP pathogens via the airways (Study Question 3); these studies will be complemented with in vitro experiments using genetically modified mouse and human cells in which dnmt’s or tet2 are eliminated, and by investigations in young adult and aged mice treated with small molecule DNMT inhibitors. RELEVANCE AND INNOVATION: Ageing has emerged as a major global public health issue, and CAP represents a major health burden in the elderly population. While the role of altered DNA methylation in “healthy” ageing and cancer has been widely studied, knowledge of its impact on antibacterial defense is highly limited. This project aims to explore a completely novel research area linking the emerging field of age-associated changes in DNA methylation with (impaired) host defense against pneumonia in the elderly. This project falls within several priorities and areas of attention of this call, i.e., it focuses on infections of the airways and the elderly, it makes use of interdisciplinary collaborations, and it builds on existing cohorts and infrastructure. LIKELIHOOD OF SUCCESS: The host laboratory has a very strong track record on human and mouse studies on innate immunity during pneumonia. The project group is composed of renowned researchers with variable expertises spanning from clinical and immunologic research to systems biology, and includes an oncology group specialized in DNA methylation studies in colorectal cancer. This project studies an area not previously studied in the context of infections, and even if partially successful will yield a wealth of information.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
522002005
Looptijd: 100%
Looptijd: 100 %
2015
2020
Onderdeel van programma:
Gerelateerde subsidieronde:
Projectleider en penvoerder:
Prof. dr. T. van der Poll
Verantwoordelijke organisatie:
Amsterdam UMC - locatie AMC