A komplex molekuláris mikrokörnyezet szigorúan szabályozza a mkrofágok fenotípusos és funkcinális sajátosságait különböző fiziológiás és patológiás körülmények között. A makrofágok stimulációja különböző polarizációs szignálokkal, köztük citokinekkel és patogén eredetű molekulákkal, a szignálok által aktivált transzkripciós faktorokon keresztül a szignálokra specifikus génexpressziós program bekapcsolásához vezet. Szisztematikus teljes genom szintű analízis segítségével kimutattuk, az alternatív makrofág polarizációs szignálok közé tartozó IL-4 egy nagy géncsoport kifejeződését gátolja a transzkripció szintjén. Az IL-4 által aktivált STAT6 transzkripciós faktor kötődik a gátolt génekhez tartozó ehanszerekhez. Ezeken a helyeken a STAT6 kötődés együtt jár a csökkent kromatin nyitottsággal, kisebb LDTF, p300 és RNS Polimeráz II kötődéssel, valamint alacsonyabb eRNS kifejeződéssel. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az IL-4 által aktivált STAT6 transzkripciós faktor képes represszorként működni a makrofágokban. Továbbá megfigyeltük, hogy az IL-4/STAT6 szignálútvonal által kiváltott represszió képes csökkenteni a makrofágok gyulladásos válaszkészségét, köztük az NLRP3 inflammaszóma aktivációt, az IL-1βtermelődést és a piroptózist. Összességében ezek az eredmények felvetik egy kétirányú kölcsönhatás lehetőségét az alternatív makrofág polarizáció és a gyulladásos szignálok között, amely jelentősen befolyásolhatja a makrofágok különböző mikrobiális, stressz és sérülés eredetű szignálokkal szembeni érzékenységét és válaszkészségét. A miRNS-ek által kiváltott poszt-transzkripciós gátlás szintén hozzájárul a makrofágok funkciójának szabályozásához. A munkánk során azonosítottuk, a miR-342-3p-nek és EVL gazdagénjének IL-4/STAT6 szignálútvonal által kiváltott közvetlen indukcióját. Érdekes módon a miR-342-3p csökkenti a makrofág életképességet közvetlenül szabályozva egy a Bcl2l1 gént is magában foglaló antiapoptotikus génhálózatot. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy IL-4/STAT6 szignálútvonal által indukált miR-342-3p részt vesz az IL-4 által kiváltott sejtosztódás szabályozásában a folyamat negatív regulátoraként. Végül feltérképeztük a gyulladásos miRNS-ek, köztük a miR-155, miR-147 és miR-223 transzkripciós szabályozását egy integrált új-generációs szekvenálás alapú megközelítés alkalmazásával. Kimutattuk, hogy a miR-155 kifejeződésének LPS által kiváltott aktiválása a pri-miR-155 transzkripciós starthelye és távoli enhenszerei közötti intenzív kommunikáción alapszik, amely együtt jár a miR-155-öt kódoló genomi régió gyulladásos szignál által kiváltott átrendeződésével.
The complex molecular microenvironment tightly determines the phenotypic and functional features of macrophages in different physiological and pathological conditions. The macrophage exposure to different polarization signals including cytokines and pathogen-derived molecules leads to the activation of signal specific gene expression program via SRTFs. Our systematic genome-wide analysis revealed that the alternative macrophage polarization signal IL-4 represses large gene set at the transcriptional level. IL-4-activated STAT6 binds the repressed genes-linked distal regulatory elements. The STAT6-binding was associated with reduced chromatin openess, LDTF, p300 and RNAPII binding as well as decreased eRNA expression. These results suggest the IL-4-activated STAT6 transcriptional factor can act as a transcriptional repressor in macrophages. In addition, we found that the IL-4/STAT6 signaling pathway-mediated transcriptional repression diminishes the inflammatory responsiveness of macrophages including NLRP3 inflammasome activation, IL-1β production and pyroptosis. Taken together, these results suggest that complex bidirectional interactions exist between alternative macrophage polarization and inflammatory signals that influence the responsiveness and sensitivity of macrophages toward microbial-, stress-, and damage-associated endogenous signals.
The miRNA-mediated post-transcriptional repression also contributes in the regulation of macrophage function. Here, we identified that miR-342-3p and their host gene EVL are directly induced in human and mice by IL-4/STAT6 signaling pathway. Interestingly, miR-342-3p can reduce macrophage survival via direct targeting of anti-apoptotic gene pathway including Bcl2l1. These results suggest that IL-4/STAT6 signaling pathway-induced miR-342-3p potentially participate in the negative feed-back regulation of IL-4-mediated macrophage proliferation.
Finally, we characterized the transcriptional regulation of the inflammation responsive miRNome including miR-155, miR-147 and miR-223 using an integrated NGS-based approach. Here we show that LPS-dependent transcriptional induction of miR-155 expression is based on an intensive communication between the distal anhancers and the pri-miR-155-linked TSS and associated with the reorganization of the pri-miR-155-coding genomic locus.