The active form of vitamin D, 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25(OH)2D3), induces stable tolerogenesis in dendritic cells (DCs). This process involves the vitamin D receptor (VDR), which translocates to the nucleus, binds its cognate genomic sites, and promotes epigenetic and transcriptional remodeling. In this study, we investigated the interplay between the VDR and other transcription factors to induce DNA methylation changes that might provide phenotypic stability to the tolerogenic phenotype of DCs. Our study reveals the occurrence of vitamin D-specific DNA demethylation and transcriptional activation at VDR binding sites associated with the acquisition of tolerogenesis. Tolerogenic properties in DCs are acquired together with activation of the IL6-JAK-STAT3 pathway. In fact, VDR directly binds the IL6 gene, and JAK2-mediated STAT3 phosphorylation is specific to vitamin D stimulation. VDR and the phosphorylated form of STAT3 interact with each other and with methylcytosine dioxygenase TET2 following vitamin D treatment. Most importantly, pharmacological inhibition of STAT3 phosphorylation reverts the vitamin-induced tolerogenic properties of DCs. Our results reveal an interplay between VDR and STAT3 leading to the DNA demethylation-dependent induction of tolerogenesis by vitamin D.

Multiple myeloma (MM) progression and myeloma-associated bone disease (MBD) are highly dependent on the bone marrow (BM) microenvironment, in particular on mesenchymal stromal cells (MSCs). MSCs from MM patients exhibit an abnormal transcriptional profile, suggesting that epigenetic alterations could be governing the tumor-promoting functions of MSCs and their prolonged osteoblast (OB) suppression in MM. In this study, we analyzed the DNA methylome of BM-derived MSCs from patients with monoclonal gammopathy of undetermined significance, smoldering myeloma and symptomatic MM at diagnosis in comparison with their normal counterparts. DNA methylation alterations were found at each of the myeloma stage in association with deregulated expression levels of Homeobox genes involved in osteogenic differentiation. Moreover, these DNA methylation changes were recapitulated in vitro by exposing MSCs from healthy individuals to MM plasma cells. Pharmacological targeting of DNMTs and G9a with the dual inhibitor CM-272, reverted the expression of aberrantly methylated osteogenic regulators and promoted OB differentiation of MSCs from myeloma patients. Most importantly, in a mouse model of bone marrow-disseminated MM, administration of CM-272 prevented tumor-associated bone loss and reduced tumor burden. Our results demonstrated that not only was aberrant DNA methylation a main contributor to bone formation impairment found in MM patients, but also its targeting by CM-272 was able to reverse MM-associated bone loss.

Abstract Glucocorticoids (GCs) exert potent anti-inflammatory effects in immune cells through the glucocorticoid receptor (GR). Dendritic cells (DCs), central actors for coordinating immune responses, acquire tolerogenic properties in response to GCs. Tolerogenic DCs (tolDCs) have emerged as a potential treatment for various inflammatory diseases. To date, the underlying cell type-specific regulatory mechanisms orchestrating GC-mediated acquisition of immunosuppressive properties remain poorly understood. In this study, we investigated the transcriptomic and epigenomic remodeling associated with differentiation to DCs in the presence of GCs. Our analysis demonstrates a major role of MAFB in this process, in synergy with GR. GR and MAFB both interact with methylcytosine dioxygenase TET2 and bind to genomic loci that undergo specific demethylation in tolDCs. We also show that the role of MAFB is more extensive, binding to thousands of genomic loci in tolDCs. Finally, MAFB knockdown erases the tolerogenic properties of tolDCs and reverts the specific DNA demethylation and gene upregulation. The preeminent role of MAFB is also demonstrated in vivo for myeloid cells from synovium in rheumatoid arthritis following GC treatment. Our results imply that, once directly activated by GR, MAFB takes over the main roles to orchestrate the epigenomic and transcriptomic remodeling that define the tolerogenic phenotype.