Metabolism of gut microbiota regulates epigenetic events in host tissues

Abstract

En un context biomèdic, la comunicació entre l’hoste i la seva microbiota pot ser una de les raons per les quals l’hoste te salut si hi ha un equilibri en la comunicació, o estar associada a malalties si la comunicació es pertorba. Sovint, l’hoste s’ha estudiat i caracteritzat mesurant capes moleculars exclusives de l’hoste, no tenint una perspectiva general del sistema biològic, i ignorant el potencial metabòlic de la microbiota intestinal. Proposem aquí un nou axis de comunicació entre l’hoste i la microbiota, l’axis “Nutrició-metabolisme microbià--epigenètica de l’hoste”, on metabòlits produït per la microbiota i l’hoste poden regular i limitar els enzims epigenètics encarregats de controlar les marques epigenètiques en l’hoste. Hem creat un mètode per analitzar aquests metabòlits epigenèticament rellevants, com la S-adenosylmetionina, l’acetyl-CoA o els àcids grassos de cadena curta, per tal de mesurar-los al mateix temps i en la mateixa extracció. Per entendre aquest axis entre la nutrició, l’activitat de la microbiota i l’epigenètica de l’hoste, hem investigat la influencia de la microbiota i el sexe de l’hoste en les seves marques epigenètiques i expressió gènica, agafant el fetge com a teixit diana i una aproximació multi-omica usant tècniques de seqüenciació massiva i espectrometria de masses. Hem observat una hipo-metilació general de l’ADN en mascles amb microbiota, i una forta correlació negativa entre els nivells de metilació en introns de gens que controlen la comunicació intracel·lular entre orgànuls, i la classe Melainabacteria.

En un contexto biomédico, la comunicación entre el hospedador y su microbiota puede ser una de las razones por las cuales el hospedador mantiene su salud si hay un equilibrio en la comunicación, o estar asociada a enfermedades si la comunicación se perturba. A menudo, el hospedador se estudia y caracteriza mesurando capas moleculares exclusivamente en el hospedador, no teniendo una perspectiva general del sistema biológico, y negligiendo el potencial metabólico de la microbiota intestinal. Proponemos aquí un nuevo axis de comunicación entre el hospedador y su microbiota, el axis “Nutrición-metabolismo microbiano-epigenètica del hospedador”, donde metabolitos producidos por la microbiota y el hospedador, pueden regular y limitar las enzimas epigenéticas encargadas de controlar las marcas epigenéticas en el hospedador. Hemos creado un método para analizar estos metabolitos epigenéticamente relevantes, como la S-adenosylmetionina, el acetyl-CoA o los ácidos grasos de cadena corta, para medirlos al mismo tiempo y en la misma extracción.

comunicación intracelular entre orgánulos, y la clase Melainabacteria. En concreto postulamos que las Melainabacteria tienen un papel ecológico clave en el equilibrio microbiota-hospedador, influenciando la epigénetic del hospedador dependiendo del sexo. In a biomedical context, the communication between the host and its microbiota might be one of the reasons for staying healthy if it is balanced, or associated with disease when the communication is disrupted. Often, the host has been studied and characterized by individually measuring few molecular layers only on the host, lacking a general perspective of the biological system, and neglecting the metabolic potential of gut microbiota. Here we propose the “nutrient-microbe metabolism-host epigenetic axis”, a poorly understood axis of communication between the host and its microbiota. Where microbiota and host produce metabolites that can regulate and limit epigenetic enzymes and control epigenetic marks. We created a targeted metabolomics method to measure these epigenetically relevant metabolites including S-adenosylmethionine (SAM) or SCFAs, at the same time and in the same sample extract. We then investigated how biological sex and microbiota status influenced the proposed axis by taking a multi-omics approach, and using next generation sequencing and mass spectrometry technologies.