Oct 21, 2023
요로병원성 대장균 감염
자연미생물학 8권,
자연 미생물학 8권, 875~888페이지(2023)이 기사 인용
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이전의 요로 감염(UTI)은 향후 감염의 원인이 될 수 있습니다. 그러나 재발에 영향을 미치는 기본 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 우리는 이전에 생쥐의 UTI가 질병 결과에 따라 차등 방광 상피(요로 상피) 리모델링을 유발하여 재발성 UTI에 대한 민감성에 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 여기에서 우리는 해결된 또는 만성 요로병원성 대장균(UPEC) 감염의 병력이 있는 생쥐에서 분리된 요로상피 줄기 세포(USC) 계통을 비교하여 염색질 접근성, DNA 메틸화 및 히스톤 변형의 차이를 포함하여 후생적 변화와 관련된 분자 각인의 증거를 설명했습니다. . 만성적으로 감염된 생쥐의 USC에서 후생유전학적 표시는 UPEC 감염 시 카스파제-1 매개 세포 사멸을 강화하여 박테리아 제거를 촉진했습니다. Ptgs2os2 발현도 증가하여 cyclooxygenase-2 발현 지속, 방광 염증 및 점막 상처(심각한 재발성 방광염과 관련된 반응)에 잠재적으로 기여합니다. 따라서 UPEC 감염은 요로상피 후성유전체를 재프로그래밍하는 후성돌연변이원 역할을 하여 요로상피 내재적 리모델링과 후속 감염에 대한 선천적 반응의 훈련을 유도합니다.
요로 감염(UTI)은 전 세계적으로 가장 흔한 세균 감염 중 하나이며 건강한 여성의 이환율의 실질적인 원인입니다1,2. 민감한 개인의 높은 재발률은 치료를 어렵게 만들고3, UTI 발병의 가장 강력한 위험 요소 중 하나는 이전 UTI입니다2. 재발성 UTI(rUTI)의 생물학적 기초는 잘 알려져 있지 않습니다.
항생제 치료 없이 인간의 급성 UTI는 스스로 해결되거나 장기간 지속되는 만성 감염으로 발전합니다4. 요로병원성 대장균(UPEC)에 의한 C3H/HeN 마우스의 감염은 이러한 두 가지 결과를 요약합니다. 이들 생쥐의 만성 방광염은 만성 염증(감작된 생쥐)을 동반한 지속적인 고역가 세균뇨(소변 내 박테리아)로 정의되며, 감염이 해결된 생쥐는 해결된 생쥐로 정의됩니다5. 해결되고 감작된 쥐의 방광을 분석한 결과, 감염이 rUTI에 대한 감수성에 영향을 미치는 차별적 방광 리모델링을 초래하는 것으로 나타났습니다. 해결된 마우스는 rUTI에 저항성이 있는데, 그 이유 중 하나는 감염과 점막 치유의 신속한 제거를 촉진하는 일시적인 방광 TNFα/사이클로옥시게나제-2(Cox-2) 반응이 가속화되었기 때문입니다6,7,8. 감작된 마우스는 공격 시 rUTI에 매우 취약하며, 강력한 지속 방광 TNFα 및 Cox-2 발현으로 인해 방광 상피(요로 상피)를 통한 호중구 이동과 심각한 재발성 세균 감염을 촉진하는 점막 상처가 발생합니다6,7,8. 따라서 질병 병력에 따라 방광 조직은 rUTI에 대한 감수성을 증가시키거나 감소시키는 방식으로 차별적으로 리모델링됩니다.
이러한 표현형은 방광 점막 리모델링이 후속 감염에 대한 방광 점막 방어에 영향을 미치는 요로상피 줄기 세포(USC)의 후생적 변화에 의해 부분적으로 매개된다는 가설을 이끌어 냈습니다6,7. 따라서, 우리는 다양한 질병 이력을 가진 쥐의 방광에서 상피 세포를 분리하고, 일차 USC 계통을 확립하고, 이를 세포 배양에서 전파하고, 시험관 내에서 극성화되고 완전히 분화된 요로 상피를 형성했는데, 이는 생체 내에서 관찰된 요로 재형성 표현형과 유사한 형태학적 표현형을 나타냈습니다6 . 우리는 USC 계열에서 염색질 접근성, DNA 메틸화 및 히스톤 변형의 차이를 확인했는데, 이는 프로그램된 세포 사멸에 영향을 미치는 전사 반응과 rUTI 감수성에 영향을 미치는 cyclooxygenase-2(Cox-2) 조절 염증 반응의 차이와 일치합니다. 전반적으로, 우리의 연구는 원래 질병 결과에 따라 후속 감염에 대한 방광 점막 반응을 변경하는 점막 세균 감염으로 인한 상피-내재 훈련된 면역의 후생적 증거를 제공합니다. 이 발견은 rUTI의 높은 유병률을 설명할 수 있으며 일반적으로 만성/재발성 세균 감염에 대한 중요한 치료적 의미를 가질 수 있습니다.
4,000 ohm × cm2 were then analysed (5 transwells cultured from one juvenile C3H/HeN cell line). For consistency, TER was measured 1 d after media change. c,d, Differentiated urothelia on the transwells were fixed and imaged via (c) confocal microscopy and (d) SEM to show a top-down view of the urothelium at magnification 500× (top panel) and 10,000× (bottom panel). In c, samples were stained for F-actin, the terminal differentiation marker K20 and nuclei (DAPI). e–h, The urothelia were also paraffin-embedded, sectioned and stained with hematoxylin and eosin (H&E) (e) and immunostained for K20, Ecad and DAPI (f), Upk3a, p63 and DAPI (g) or K5, K14 and DAPI (h). Representative images are shown. Data are from 2–3 independent experiments using USCs from 5 different juvenile C3H/HeN mice./p>1.5, FDR < 0.05) were analysed using GREAT. Significance was determined using the binomial test. d,e, Differences in chromatin accessibility, DNA methylation and active histone modifications, H3K27Ac and H3K4Me3, in different USCs were assessed by ATAC-seq, whole genome bisulfite sequencing (WGBS) and CUT&RUN. d, Sensitized-specific DMRs (n = 189) among naïve, resolved and sensitized USCs are visualized as a series of heat maps displaying the epigenetic landscape overlapping each DMR for DNA methylation, ATAC and active histone modifications H3K27Ac and H3K4Me3. e, Average signals 5 kb upstream and 5 kb downstream of sensitized-specific hypo-DMRs (n = 183) for WGBS, ATAC, H3K27Ac and H3K4Me3 are visualized for each cell line. Average length of DMRs is 362 base pairs. DMRs are scaled for size with ‘start’ and ‘end’ of DMRs, which are indicated as grey bars. f, Sensitized-specific hypo-DMRs were annotated according to their predicted locations in the genome (n = 183). g, A PCA plot of all DMR comparisons showing clustering of the different cell lines. h, The top 15 enriched GO terms for sensitized hypo-DMRs were analysed using GREAT (n = 183)./p>0.5, Padj <0.05 are indicated as red dots. e, Pathway analysis was used to assess the biological pathways enriched in differentially expressed genes in mock-infected sensitized relative to resolved differentiated urothelia. Significance was determined using a right-tailed Fisher's exact test, with Padj < 0.05 being considered as significantly enriched pathways. Shown are selected pathways with z-score >2 and –log(P value) >4.2 from the specific enriched pathways by IPA. Pathways overlapping between mock-infected and UPEC-infected differentiated urothelia (Extended data Fig. 8d) are underlined. f, A heat map showing programmed cell death associated genes that are differentially expressed in mock-infected naïve, resolved and sensitized differentiated urothelia. Significance of DEGs was determined using Wald test, followed by multiple test correction using Benjamini-Hochberg FDR for adjusted P value./p>104 c.f.u. ml−1 urine) at every timepoint urine was collected (1, 3, 7, 10, 14, 21 and 28 d post-infection), while resolution of cystitis was defined as urine bacterial titre dropping below this cut-off in at least one timepoint./p>4,000 ohm × cm2), cultures were washed 3 times in warm DMEM/F12 media and infected with UPEC strains at multiplicity of infection 10. Transwells were then incubated at 37 °C for 30 min, changed to media containing 100 μg ml−1 gentamicin to clear the extracellular bacteria and cultured for an extended time. After infection, apical and basolateral media were spun down at 2,000 g at 4 °C for 5 min and used for LDH assay (TaKaRa, MK401). Transwells were washed with sterile PBS, then used for various analyses./p> 1.5) and resolved-specific DARs (FC < −1.5) were separately analysed and the top 15 enriched pathways are shown in Fig. 3e–f./p> 2 and –log(p-value) > 2 from the specific enriched pathways by IPA./p>1.5, FDR < 0.05) used for GREAT GO term analysis. Tab 2 (Fig. 3d–h). List of 189 sensitized-specific differentially methylated regions (DMRs) from naïve vs sensitized and resolved vs sensitized comparisons./p>
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