Kali Man Rapid p Nec

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  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

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    Rapid 

    changes 

    in 

    histone deacetylases 

    andinflammatory  gene  expression  in  expertmeditators

    Perla Kaliman a,*, Marı́a 

    Jesús 

    A ´lvarez-López b,Marta Cosı́n-Tomás b, Melissa A. Rosenkranz c,d,Antoine Lutz c,d,e, Richard J. Davidson c,d,f ,**

    a Instituto  de  Investigaciones   Biomédicas   de  Barcelona   IIBB-CSIC-IDIBAPS,   c/Rosselló  161,  6th   floor,  E-08036

    Barcelona, 

    Spainb Faculty 

     

    of  

    Pharmacy, 

    University  

    of  

    Barcelona, 

     Joan 

     XXIII 

    s/n, 

    08028  

    Barcelona, 

    SpaincWaisman  Laboratory   for   Brain   Imaging  and   Behavior,   University   of   Wisconsin-Madison,   1500   Highland   Avenue,

    Madison, 

    WI 

    53705-2280, 

    USAdCenter 

     

     for  

    Investigating 

    Healthy  

    Minds, 

    University  

    of  

    Wisconsin-Madison, 

    WI 

    53705-2280, 

    USAe Lyon

     

    Neuroscience 

    Research 

    Center, 

    INSERM 

    U1028, 

    CNRS 

    UMR5292, 

    Lyon 

    University, 

    Lyon, 

    Francef Department

     

    of  

    Psychology, 

    University  

    of  

    Wisconsin-Madison, 

    WI 

    53705-2280, 

    USA

    Received 

    19 

    September 

    2013; 

    received 

    in 

    revised 

    form 

    November 

    2013; 

    accepted 

    November 

    2013

    Psychoneuroendocrinology 

    (2014)  40,  96—107

    KEYWORDSMindfulness;Meditation;Epigenetics;Inflammation;HDAC;Stress

    Summary

    Background:  A   growing  body  of   research  shows  that   mindfulness  meditation  can  alter  neural,

    behavioral  and  biochemical  processes.   However,  the  mechanisms  responsible  for  such  clinically

    relevant  effects   remain  elusive.

    Methods:   Here   we  explored   the  impact   of   a  day  of   intensive  practice  of   mindfulness  meditation  in

    experienced   subjects  (n  =  19)   on  the  expression  of   circadian,  chromatin  modulatory  and  inflamma-

    tory  genes  in peripheral  blood mononuclear  cells  (PBMC).  In parallel,   we analyzed a  control  group  of 

    subjects  with  no  meditation  experience   who  engaged  in  leisure  activities  in  the  same  environment

    (n =   21).   PBMC   from  all  participants  were   obtained  before   (t1)  and   after  (t2)   the  intervention

    (t2   t1 =   8   h)  and  gene   expression  was  analyzed  using custom  pathway  focused  quantitative-real

    time PCR   assays.  Both  groups   were   also  presented   with  the  Trier  Social  Stress  Test   (TSST).Results:   Core  clock  gene   expression  at   baseline   (t1)  was  similar  between  groups   and   their

    rhythmicity  was  not influenced   in  meditators  by  the  intensive  day  of   practice.  Similarly,  we  found

    Corresponding 

    author: 

    Instituto 

    de 

    Investigaciones 

    Biomédicas 

    de 

    Barcelona 

    IIBB-CSIC-IDIBAPS, 

    c/Rosselló 161, 

    6th 

    Floor, 

    08036 

    Barcelona,Spain.

     

    Tel.: 

    +34 

    93 

    3638338.**

     

    Corresponding 

    author 

    at: 

    Waisman 

    Laboratory 

    for 

    Brain 

    Imaging 

    and 

    Behavior, 

    University 

    of  

    Wisconsin-Madison, 

    1500 

    Highland 

    Avenue,Madison,

     

    WI 

    53705-2280, 

    USA. 

    Tel.: 

    +1 

    608 

    265 

    8189.E-mail

     

    addresses: 

    [email protected]

    [email protected] 

    (P. 

    Kaliman), 

    [email protected] 

    (R.J. 

    Davidson).

     Available  online  at  www.sciencedirect.com

    ScienceDirect 

    jou rn 

    homepage 

    ww 

    w. 

    el 

    sevier. 

    com/locate/psyn 

    eu 

    en

    0306-4530/$ 

    — 

    see 

    front 

    matter  #  2013   Elsevier  Ltd.  All  rights  reserved.

    http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004

    http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.sciencedirect.com/science/journal/03064530http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://www.sciencedirect.com/science/journal/03064530mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004http://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1016/j.psyneuen.2013.11.004&domain=pdfhttp://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1016/j.psyneuen.2013.11.004&domain=pdf

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    1. Introduction

    Poor  stress-coping  contributes  to  the  development  of   chronicdiseases  and  accelerated  aging  (Epel  et  al.,   2009;   Justeret  al.,   2010;  Karatsoreos  and  McEwen,  2011). Therefore,  agrowing  body  of   scientific  research  is  devoted  to  understand-ing  the  neurophysiological  and  cellular  responses  induced  by

    methods  that  improve  stress  management.  Among  them,mindfulness-based

      meditation  practices,  which  intentionallycultivate

     

    attentional 

    skills, 

    have 

    become 

    an 

    increasinglypopular  approach,  with  accumulating  experimental  evidenceof   beneficial  effects  on  psychological,  neurological,  endo-crine  and  immune  variables  (Kabat-Zinn  et  al.,  1998;   Ludwigand

     

    Kabat-Zinn, 

    2008; 

    Lutz 

    et 

    al., 

    2008; 

    Schmidt 

    et 

    al., 

    2011;Farb  et  al.,  2012;  Rosenkranz  et  al.,  2013).  However,  ourmolecular  understanding  of   how  they  can  influence  a  broadrange  of   biological  processes,  from  brain  networks  to  theimmune

     

    system, 

    remains 

    limited.To  date,  few  studies  have  analyzed  the  effects  of   mind-

    fulness  techniques  at  the  cellular  level.  Studies  in  blood  cells

    have 

    found 

    that 

    the 

    mindfulness-based 

    stress 

    reduction(MBSR)  program  reduced  cytokine  secretion,  oxidative  stressand  DNA  damage  (Carlson  et  al.,  2003), increased  naturalkiller  cell  activity  and  decreased  interleukin  secretion  inwomen  recently  diagnosed  with  early  stage  breast  cancer(Witek-Janusek  et  al.,   2008), and  increased  CD4+  T  lympho-cyte  counts  in  HIV  infected  subjects  (Creswell  et  al.,  2009).Some  reports  have  also  described  the  molecular  impact  of other  meditation-based  interventions  using  blood  cells;  forexample,  RNA  microarray  studies  suggested  that  the  expres-sion  of   genes  involved  in  cellular  metabolism  and  oxidativestress  pathways  in  blood  cells  are  modulated  by  body—mindrelaxation  response  training  (Dusek  et  al.,   2008;  Bhasinet  al.,  2013).  Recent   bioinformatic  analyses  from  PBMC

    genome-wide  microarrays  have  suggested  that  yogic  medita-tion  in  family  dementia  caregivers  decreased  pro-inflamma-tory  NFk-B  signaling  and  increased  the  activity  of   interferonresponse

     

    factors 

    (Black 

    et 

    al., 

    2013). 

    Increased 

    telomeraseactivity  was  detected  in  response  to  the  same  intervention(Lavretsky  et  al.,  2013).

    Environmental  stimuli  influence  most  body  functions,including

     

    stress 

    responsiveness 

    and 

    behavior, 

    through 

    extra-cellular  and  intracellular  pathways  that  interact  with  theepigenetic  machinery  (Graff   et  al.,  2011).  In   rodents,  psy-chological  stress  during  adulthood  induces  dynamic  epige-netic

     

    events 

    such 

    histone 

    acetylation 

    and 

    phosphorylation 

    inthe  dentate  gyrus  as  soon  as  2  h  after  the  start  of   exposure  to

    a  novel  environment  or  forced  swimming  (Chandramohanet  al.,  2007,   2008)  and  in  the  hippocampus  1  h  after  trainingusing  a  fear   conditioning  paradigm  (Chwang  et  al.,   2007).Rapid  epigenetic  changes  in  response  to  environmental  expo-sures  such  as  diet  and  physical  exercise  have  also  beendetected  in  human  peripheral  tissues  (Kaliman  et  al.,2011;   Pham   and  Lee,  2012). However,  no  data   are  currentlyavailable  regarding  the  possibility  of   an  epigenetic  basis  forthe  effects  of   mindfulness  meditation.  Here  we  show  evi-dence  of   rapid  gene  expression  changes  in  chromatin  reg-ulatory  enzymes,  alterations  in  histone  modifications  anddownregulation  of   proinflammatory  genes  after  a  short  inten-sive  session  of   mindfulness  meditation  in  experienced  sub-jects.  In  addition,  we  observe  relations  between  thesechanges  and  stress-evoked  cortisol  responses.

    2. Methods

    2.1.  Participants

    group 

    of  

    19 

    long-term 

    meditators, 

    and 

    control 

    group 

    of  

    21meditation-naı̈ve  participants  with  similar  distributions  of age,  gender,   race  and  body-mass  index  (S1)   were  studiedbefore

     

    (8 

    am) 

    and 

    after 

    (4 

    pm) 

    an 

    intensive 

    day 

    of  

    mind-fulness  meditation  or   leisure  time  in  the  same  environment.

    Participants  provided  written  informed  consent  prior  tothe  study  procedures,  which  were  approved  by  the  UW-Madison

     

    Health 

    Sciences 

    Internal 

    Review 

    Board. 

    They 

    wereinformed  of   the  study  requirements  and  screened  throughtelephone  interviews  for  exclusion/inclusion  criteria.

    The  mindfulness  meditation  group  was  recruited  in  the  USat

     

    meditation 

    centers 

    and 

    through 

    related 

    mailing 

    lists, 

    inaddition  to  flyers  and  advertisements  in  newspapers.  Mind-fulness  meditation  group  participants  had  a   historical  daily

    meditation  practice  spanning  a  minimum  of   3  years,  with  aminimum

     

    of  

    30 

    min 

    of  

    daily 

    sitting 

    meditation 

    and 

    had 

    tohave  attended  a  minimum  of   3   intensive  retreats  lasting  5   ormore  days.  They  had  an  average  of   6240   lifetime  hours  of meditation  practice,  ranging  from  1,440   to  14,730   totalhours.  All  experienced  meditators  practiced  both  standardmindfulness-related  meditations  (e.g.  Vipassana  and  concen-tration  meditations)  and  compassion-related  meditations(e.g.  metta  meditation)  as  taught  in  the  Tibetan   and  Ther-avada  Buddhist  traditions.

    The  control  group  comprised  individuals   with   no  prior  med-itation  experience   who  responded   to  a  local   advertisement,recruiting   participants   for  research   in  a  non-pharmacological

    that 

    all 

    the 

    epigenetic 

    regulatory 

    enzymes 

    and 

    inflammatory 

    genes 

    analyzed 

    exhibited 

    similar 

    basal

    expression  levels   in  the  two  groups.   In  contrast,  after  the  brief   intervention  we  detected  reduced

    expression  of   histone  deacetylase  genes  (HDAC  2,  3   and  9),  alterations  in  global   modification  of 

    histones  (H4ac;  H3K4me3)  and  decreased  expression  of   pro-inflammatory  genes  (RIPK2  and  COX2)

    in meditators 

    compared 

    with 

    controls. 

    Wefound 

    that 

    the 

    expression 

    of  

    RIPK2 

    and 

    HDAC2 

    genes 

    was

    associated  with  a  faster  cortisol  recovery  to  the  TSST   in  both  groups.

    Conclusions:  The  regulation  of   HDACs   and   inflammatory  pathways  may  represent   some  of   the

    mechanisms  underlying   the  therapeutic  potential  of   mindfulness-based  interventions. Our  findings

    set the 

    foundation 

    for 

    future 

    studies 

    to 

    further 

    assess 

    meditation 

    strategies 

    for 

    the 

    treatment 

    of chronic  inflammatory  conditions.

    #  2013   Elsevier  Ltd.  All  rights  reserved.

    Rapid  changes  in  histone  deacetylases  and  inflammatory  genes  in  expert  meditators  97

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

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    intervention 

    designed 

    to 

    promote 

    well-being. 

    Exclusion 

    cri-teria  included   medication   with  CNS  effects,   ongoing  medicalproblems,  chronic medication, diagnosed   sleep disorders,   life-time   history  of   a  mental   disorder,   brain  damage,   seizures  oracute

     

    or 

    chronic 

    immune 

    or 

    inflammatory 

    disorders. 

    Womenwho  were  pregnant   or  breast   feeding  or  who  had  given  birth  inthe  last  six months  werealso excluded.  Participants  wereaskedto arrive  for their first blood draw  with a  light breakfast  that  did

    not 

    include 

    caffeinated 

    beverages.

    2.2.  Interventions

    We designed 

    the 

    one-day 

    mindfulness 

    practice 

    period 

    tolargely  overlap  with  the  contents  of   the  day-long  sessionof   the  Mindfulness  Based  Stress  Reduction  intervention  pro-gram  (MBSR)  (Kabat-Zinn,  1982), a  meditation  program  rou-tinely  used  in  North-America  hospitals.  Mindfulnessmeditation  is  a   form  of   attentional  control  training  in  whichindividuals  develop  the  ability  to  direct  and  maintain  atten-tion  toward  a  chosen  object.  To  this  end,  mindfulness  prac-tice  requires  skills  involved  in  monitoring  the  focus  of attention  and  in  detecting  distraction,  disengaging  attention

    from  the  source  of   distraction,  and  flexibly  (re)directing  andengaging  attention  to  the  intended  object.  In  addition  to  thistraining  of   attention,  mindfulness  meditation  cultivates  theskill  to  maintain  a   non-judgmental,  open  presence  to  thepresent  moment.  This  form  of   meta-awareness  consists  of non-reactively  monitoring  the  content  of   experience  frommoment  to  moment  without  being  carried  away   by  thoughts,emotions,  or   perceptions.

    The  control  group  was  engaged  in  intentional  activitiessuch  as  reading,  watching  documentaries  or  playing  compu-ter  games,  and  walking.  These  activities  did  not  includemindfulness  practice  nor  external  communication  via  inter-net  or  cell  phones.

    The 

    one-day 

    intervention 

    aimed 

    to 

    guide 

    meditators 

    tocultivate 

    an 

    open, 

    non-reactive 

    present-moment 

    awarenessthroughout  the  day  toward  their  emotions,  thoughts  andfeelings  during  various  activities  such  as  sitting,  walking  oreating.  Both  control  and  mindfulness  meditation  interven-tions

     

    lasted 

    and 

    the 

    programs 

    were 

    matched 

    in 

    terms 

    of physical

     

    activity. 

    Interventions 

    were 

    held 

    at 

    the 

    Center 

    forInvestigating  Healthy  Minds,  University  of   Wisconsin-Madisonsimultaneously  in  small  cohorts  (total  n  =  4/day),  in  whichboth  groups  were  represented  with  their  corresponding  inter-vention

     

    (mindfulness 

    meditation 

    for 

    expert 

    meditators 

    orleisure  time  for  meditation-naı̈ve participants).  There  wasno  social  interaction  among  participants  during  the  inter-vention.  The  intervention  rooms  were  balanced  across  groups

    during  the  study.   Food  and  drink  provided  during  the  day  wasthe  same  for  both  groups.

    The  current  study  was  not  designed  to  parse  the  contribu-tion  of   group  (trained  meditators  versus  naı̈ve  controls),  fromthe  contribution  of   the  intervention  (mindfulness  practiceversus  leisure).  Here  we  chose  to  combine  the  effect  of meditation  expertise  with  the  effect  of   an  intensive  day  of mindfulness  meditation  in  order  to  increase  our  capacity  todetect  an  overall  effect  and  assess  the  feasibility  of   morecomplex  studies.

    For  the  mindfulness  meditation  group,  the  morning  audioconsisted  of   a   30  min  inspirational  meditation  talk,  followedby  a  40  min  guided  mindfulness  meditation,  and  a  10  min

    guided 

    walking 

    meditation. 

    After 

    the 

    audio 

    sessions, 

    therewas  a  20  min  unguided  walking  meditation,  a  40  minunguided  sitting  mindfulness  meditation  and  a  30  minunguided  walking  meditation.  Before  lunch  there  was  a10

     

    min 

    audio 

    on 

    mindful 

    eating, 

    followed 

    by 

    lunchperiod.  The  afternoon  audio  consisted  of   a  15  min  inspira-tional  meditation  talk,  followed  by  four  40  min  meditationsessions  alternating  between  walking  and  sitting  medita-

    tions. 

    The 

    audios 

    were 

    teaching 

    excerpts 

    from 

    Joseph 

    Gold-stein,  a  well-known  Vipassana  teacher  (Goldstein,  1993).

    2.3.  Isolation  of   peripheral   blood  mononuclearcells  (PBMC)

    Blood  samples  (24  ml)  were  obtained  on  arrival  (8  am,  t1)  andat  the  end  of   the  session  (4   pm,  t2)  from  each  participant.Immediately  after  each  blood  extraction,  PBMC  were  isolatedusing  the  Ficoll-Paque-plus  method  according  to  the  manu-facturer’s   instructions  (Sigma,  St  Louis,  MO).  Briefly,  bloodwas  diluted  with  an  equal  volume  of   PBS,  overlaid  on  Ficoll-Paque-plus   and  centrifuged.  PBMC   were  recovered  from

    the 

    interface 

    and 

    contaminant 

    erythrocytes 

    were 

    lysedusing  ACK  lysing  buffer  (Lonza  BioWhittaker)  and  centri-fuged.  PBMC  counts  were  performed  for  each  participantand  time  using  the  Countess1 Automated  Cell  Counter  (Invi-trogen)  and  viability  was  determined  through  Trypan   bluestaining.  Cell  counts  were  similar  between  control  and  med-itation  group  (meditation  group  mean:  2.66    107 (t1)  and2.63     107 (t2);  control  group:  2.28    10

    7 (t1)  and  2.95     107

    (t2))  as  well  as  the  percentage  of   cell  viability  (meditationgroup  mean:  96%  (t1)  and  96%  (t2);  control  group:  95%  (t1)  and96%  (t2)).

    Cell  pellets  were  resuspended  in  PBS  and  aliquoted  forimmediate

     

    processing 

    for 

    RNA 

    and 

    protein 

    isolation, 

    beforestorage  at  80  8C.

    2.4.  Preparation   of   protein   fractions

    Cytosolic  and  acidic  histone  fractions  from  PBMC  wereobtained  as  described  by  Fischer  et  al.  (2007).  Briefly,  cellpellets  for  immunoblotting  were  lysed  in  a   buffer  containing50  mM  Tris  HCl,  150  mM  NaCl,  2  mM  EDTA,   protease  inhibitorcocktail  (Pierce)  and  1%  Triton-X100   at  4  8C  for  15  min  andthen

     

    centrifuged 

    10 

    min 

    at 

    400    g.  Supernatants  containing

    the  cytosolic   fractions  were  immediately  frozen  at  80  8C.The  remaining  pellets  were  washed  in  lysing  buffer  anddissolved  in  the  same  buffer  supplemented  with  0.2  M   HCl,incubated

     

    on 

    ice 

    for 

    30 

    min 

    and 

    then 

    centrifuged 

    for 

    10 

    min

    at 

    9300 

     

     g. 

    The 

    supernatants 

    containing 

    the 

    histone 

    frac-tions  were  immediately  frozen  at  80  8C.

    2.5.  Western   blots

    Cytosolic  proteins  (50  mg)  or  histones  (5   mg)  were  electro-phoretically  fractionated  on  12%  bis-Tris  polyacrylamide  gelsand  transferred  to  a  0.45   mm  nitrocellulose  membrane.  Mem-branes  were  blocked  for  1  h  with  5%  BSA  in  PBS  and  incubatedovernight  at  4  8C  with  the  specific  primary  antibodies(1:1000,

     

    Millipore). 

    Membranes 

    were 

    washed 

    and 

    incubatedwith  peroxidase-labeled  secondary  antibodies  at  room   tem-perature  for  1  h.  Immunoreactive  bands  were  detected  by

    98  P.  Kaliman  et  al.

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    4/12

    autoradiography. 

    Specific 

    bands 

    from 

    Western 

    blot 

    werequantified  by  scanning  densitometry  using  Quantity  One1

    1-D  analysis  4.6.3  software  (Bio-Rad  USA,  Life  ScienceResearch,  Hercules,  CA).  The  same  number  of   cells  werelysed

     

    in 

    all 

    samples 

    and 

    protease 

    inhibitors 

    were 

    added 

    in 

    thelysing  buffer,   however,  we  did  not  obtain  enough  protein  toperform  Western   blots  in  some  samples  (seven  controls  andfive  meditators).  Protein  levels  were  corrected  by  total

    histone 

    or 

    b-actin 

    (for 

    histone 

    modifications 

    or 

    COX2, 

    respec-tively)  and  results  were  expressed  as  percentage  of   basallevels  for  each  group.

    2.6.  Total   RNA   extraction

    Cell  pellets  for  RNA  extraction  were  conserved  in  RNA  Later(Sigma,  St  Louis,  MO)  overnight  at  4  8C   and  thereafter  at80  8C   until  processed.  Total  RNA  was  extracted  using  mir-VanaTM RNA  Isolation  Kit  (Applied  Biosystems)  following  themanufacturer’s   instructions.  The  yield,  purity  and  quality  of RNA  were  determined  spectrophotometrically  (NanoDrop,USA)  and  using  the  Bioanalyzer  2100   capillary  electrophor-

    esis, 

    obtaining 

    RNAs 

    with 

    260/280 

    ratios 

    and 

    RIN 

    higher 

    than1.9  and  7.5  respectively.

    2.7.  Recovery   from  a  laboratory   social  stressorand correlation  with  gene  expression

    Participants  completed  the  Trier   Social  Stress  Test   (Kirsch-baum  et  al.,  1993) to  induce  acute  psychological  stress.Briefly,

     

    this 

    standardized 

    laboratory 

    stressor 

    consisted 

    of  

    a5

     

    min 

    impromptu 

    speech 

    on 

    given 

    topic 

    followed 

    by 

    min 

    of mental  arithmetic,  performed  standing  in  front  of   a  micro-phone  before  a   panel  of   two  (one  male,  one  female)  judgesand  a  video  camera.  Each  participant  performed  the  TSST

    twice, 

    separated 

    by 

    approximately 

    12 

    weeks. 

    The 

    spacingbetween  T1  and  T2  measures  is  due  to  aspects  of   the  studynot  reported  here.  Data  were  collected  from  the  long-termmeditators  and  wait-list  controls  on  the  same  timeline.  Thetemporal  separation  between  T1  and  T2  helps  lower  the  riskof   habituation  to  this  challenge.  The  first  TSST  (T1)  was  abaseline  measure.  The  second  assessment  followed  the  dayof   mindfulness  practice  for  the  meditation  group,  but  did  notfollow  the  day  of   intervention  for  the  control  group.  Thespeech  topic  and  mental  arithmetic  task   were  changed  ateach  assessment.

    Salivary  cortisol  was  collected  using  the  Salivette  device(Sarstedt,  Inc.,  Nümbrecht,  Germany)  and  was  used  as  anindex  of   the  magnitude  of   stress  response.  Saliva  samples

    were  collected  after  a  20  min  rest  period  (baseline),  imme-diately  after  the  TSST,  and  at  subsequent  10  min  intervals  for40  min  –—  6  samples  per  assessment  in  total.  Saliva  sampleswere  frozen  at  80  8C  until  assayed.  Cortisol  levels  in  salivawere  quantified  using  a  commercially  available  luminescenceimmunoassay  (CLIA;  IBL-Hamburg,  Hamburg,  Germany),  aspreviously  described  (Rohleder  and  Nater,  2009). In  order  toassess  the  temporal  dynamics  of   the  stress  response,  cortisolrecovery   was  defined  as  the  percentage  of   the  baseline  valuethat  cortisol  levels  returned  to  after  the  peak,  in  the  40  minof 

     

    sampling 

    ((cortisol 

    peak    post-peak  trough)/(cortisol

    peak    baseline)).  Subsequent  values  were  log-transformedto  normalize  their  distribution.  In  order  to  capture  changes  in

    the 

    cortisol 

    response 

    after 

    the 

    day 

    of  

    mindfulness 

    practice, 

    adifference  score,  T2    T1   was  calculated,  which  reflects  thepost-day  of   mindfulness  response  controlling  for  the  responseat  baseline.  In  control  participants,  this  metric  reflectshabituation

     

    due 

    to 

    repeated 

    experience 

    with 

    the 

    TSST. 

    Pear-son  correlations  were  used  to  test  the  association  betweenchanges  in  cortisol  recovery  with  changes  in  gene  expression.

    2.8.  Real-time  quantitative   PCR 

    Random-primed  cDNA  synthesis  was  performed  at  37  8C  start-ing  with  0.3  mg  of   RNA,  using  the  High  Capacity  cDNA  Archivekit  (Applied  Biosystems).  Quantitative  real  time  (q-RT)   PCR custom  pathway  focused  assays  were  performed  using  in  anABI

     

    Prism 

    7900HT 

    Real 

    Time 

    PCR  

    system 

    using 

    TaqMan 

    FAM-labeled  specific  probes  (Applied  Biosystems).  A  list  of   theprobes  used  is  presented  in  S2.  Results   were  normalized  toTBPgene  expression.

    2.9. 

    Statistical 

    methods

    Continuous 

    outcome 

    measures 

    for 

    gene 

    expression 

    data(t2   t1)  were  tested  with  an  analysis  of   covariance  (ANCOVAmodel),  using  baseline  scores  as  fixed  effect  covariates  andcontrolling  for  potential  confounders  (age,  gender,   body  massindex

     

    and 

    ethnicity). 

    The 

    tables 

    show 

    means 

    and 

    standarddeviation  (SD)  and  results  are  expressed  as  estimated  differ-ences  and  their  95%  confidence  intervals  (95%   CI).  Tablesindicate  when  arithmetical  transformations  of   data   (logtransformation,

     

    square-root 

    transformation 

    and 

    inverse 

    of the  variable)  were  applied  due  to  skewed  distributions.Statistical  outliers  (two  standard  deviations  from  the  mean)were  removed  from  the  analyses  (ranging  from  0  to  2   acrossthe

     

    different 

    measures). 

    Partial 

    correlations 

    (controlling 

    forgroup,  age,  gender,   race  and  BMI)  were  used  to  examine  the

    relationship  between  RIPK2  and  HDACs.  Basal  gene  expres-sion  levels  and  Western   blot  data   were  evaluated  usingStudent’s

     

    t-test 

    for 

    unpaired 

    data 

    or 

    the 

    non-parametricMann—Whitney  U -test,  as  indicated.  Additionally,   bootstrapestimations  of   95%  CI  were  performed  with  n  =  1000   samplesto  control  for  multiple  comparisons.  P   values  0.05  wereconsidered

     

    statistically 

    significant. 

    All 

    statistical 

    analyseswere  performed  with  SPSS   ver.  18.

    3. Results

    3.1.  Expression   of   circadian  rhythm   regulatorygenes

    Circadian  clock  genes  synchronize  the  light—dark  phases  withphysiological  functions  such  as  cellular  metabolism,  hormonesecretion,  feeding  behavior  and  body  temperature  (Nakahataet  al.,  2007;   Yan,  2009).  Diurnal  changes  at  4  h  intervals  havebeen  detected  in  the  gene  expression  of   circadian  regulators(PER2

      and  BMAL1) and  neurohormones  (melatonin  and  corti-sol)  in  human  PBMC  in  response  to  alterations  of   light  expo-sure  and  sleep  deprivation  (Kavcic  et  al.,  2011). Since  eyesclosed  rest  and  concurrent  abnormal  light  exposure  can  occurduring  the  practice  of   meditation,  we  explored  the  expres-sion  of   core  circadian  genes  before  (t1)  and  after  (t2)  theintervention  in  the  mindfulness  meditation  and  control

    Rapid  changes  in  histone  deacetylases  and  inflammatory  genes  in  expert  meditators  99

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    5/12

    groups  using  a  pathway-focused  quantitative-real  time  (q-RT)

     

    PCR  

    assay. 

    Both 

    groups 

    exhibited 

    similar 

    gene 

    expressionlevels  at  t1  and   t2  for   all  the  factors  analyzed  (Table  1   andFig.  1),  which   included  the  bZip-family  gene  DBP   (albumin  D-site  binding  protein)  (Fig.  1A),  the  core  circadian  feedbackloop

      regulator  BMAL1  (brain  and  muscle  ARNT-like  1,  a   bHLHtranscriptional  factor)  (Fig.  1B),  and  the  genes  that  sustaincircadian  rhythm  in  peripheral  tissues:  the  cryptochromefamily  genes  CRY1  and  CRY2  (Fig.  1C  and  D)  and  the  periodfamily  genes  PER1, PER2  and  PER3  (Fig.  1E—G).  DBP   was  theonly  circadian  gene  that  showed  a  strong  rhythmicitybetween  t1   and  t2;  this  oscillation  was  similar  in  the  twogroups.  Our  data   show  that  the  basal  expression  levels  of   themain  circadian  regulators  were  similar  in  meditation  expertsand  controls  and  that  their  rhythmicity  was  not  influenced  byintensive  meditation  practice.

    3.2.  Expression   of   chromatin  modulatory   genesand global  histone  modifications

    The  gene  expression  levels  of   key  epigenetic  chromatinmodification  enzymes  such  as  histone  deacetylases  (HDACs),histone  methyltransferases  and  demethylases  and  DNAmethyltransferases

     

    were 

    analyzed 

    using 

    custom 

    pathway-focused  q-RT  PCR   assays.  We  found  similar  baseline  levelsfor  all  the  epigenetic  modulatory  genes  analyzed  in  the  twogroups  (Table  2).  HDACs  remove  acetyl  groups  from  differenthistone

     

    or 

    non-histone 

    residues 

    (Akimova 

    et 

    al., 

    2012) andafter  the  intervention,  the  meditation  group  showed  adecrease  in  the  gene  expression  of   histone  deacetylasesHDAC2

      (adjusted  difference  =   0.137,   95%  CI  =  0.250;0.025,    p 

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    6/12

    between  groups  for  histone  H3  trimethylation  in  lysine  4(H3K4me3),  a  histone  tag  involved  in  gene  activation  (Ver-meulen

     

    and 

    Timmers, 

    2010) (two-tailed 

    t-test 

     p 

    0.05,bootstrapping

     

    1000; 

     p 

    0.05) 

    (Fig. 

    2M). 

    The 

    controlgroup  presented  a   diurnal  rhythmicity  of   H3K4me3  levelswhich  is  consistent  with  recent  findings  for  this  specificmethylation  mark  (Le  Martelot  et  al.,  2012).  In  contrast,the

     

    mindfulness 

    meditation 

    group 

    showed 

    no 

    change 

    inH3K4me3  levels  after  the  intervention.  We did  not  detectany  difference  between  groups  in  the  levels  of   histone  H3global  acetylation  (H3ac)  or  phosphorylation  of   serine  10  in

    histone  H3  (H3S10ph)  (Fig.  2N  and  O).These   data   show   rapid  gene   expression   changes  in  specific

    HDACs  and  alterations   in  histone  modifications   in  experiencedsubjects   after   an  intensive  day  of   mindfulness   meditationcomparedwiththecontrolgroupaftertheleisureintervention.

    3.3.  Expression  of   inflammatory genes:correlation  with  HDACs  and  social  stressrecovery

    A  substantial  body  of   evidence  shows  that   HDACs  modulateinflammatory  pathways  (Halili  et  al.,   2009;  Shakespear  et  al.,

    2011;   Akimova  et  al.,  2012).We  therefore  examined  whetherthe  downregulation  of   HDAC  gene  expression  in  the  medita-tion

     

    group 

    was 

    accompanied 

    by 

    reduced 

    expression 

    of  

    proin-flammatory

     

    genes.Participants   in  both   groups   presented  similar  baseline   (t1)

    levels   for all factors  analyzed   using  custom  inflammatorypathway-focused   q-RT  PCR   assays   (Table 3).  After  the  inter-vention,

     

    we 

    found 

    significant 

    downregulation 

    in 

    the 

    mind-fulness   meditation   group  of   the  receptor-interacting   serine-threonine  kinase  2  (RIPK2) which  is  a  pivotal   regulator   of inflammatory   processes  (Yin  et  al.,   2010) (adjusted

    difference   =  0.25,  95%  CI  =   0.39;   0.11,    p    0.64and   p     0.68   and   p 

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    7/12

    reduced  in  cell  extracts  from  the  mindfulness  meditationgroup  compared  with  control  group  (Mann—Whitney  U -test, p  =  0.05,  Fig.  3F and  G).

    We  did  not  find  statistically  significant  differencesbetween  groups  for  CCR7 ,  CXCR1, TNF-a and  IL6   althoughwith  the  exception  of   the  latter,   they  all  tended  to  showlower  levels  in  the  mindfulness  meditation  group  after  theintervention  (Table  3).

    In  sum,  these  findings  show  that  the  basal  expressionlevels  of   the  inflammatory  genes  analyzed  were  similar  in

    meditation  experts  and  controls,  however  in  experiencedsubjects,  an  intensive  day  of   mindfulness  meditation  seemsto  trigger  an  anti-inflammatory  response  that   is  not  observedafter  the  same  period  of   time  in  controls.

    3.4.  RIPK2 and  HDAC2  gene  expression   isinversely associated  with   a  faster   cortisolrecovery   from  the  Trier  psychosocial   stress   test(TSST).

    Activation 

    of  

    proinflammatory 

    signaling 

    in 

    PBMC 

    has 

    beendescribed  as  an  effector  for  the  neuroendocrine  response  to

    psychosocial  stress  (Bierhaus  et  al.,  2003).  We  thereforeanalyzed  the  recovery   of   cortisol  levels  following  the  TSSTin  both  groups  of   participants  at  study  entry  (T1)  and  approxi-mately  12  weeks  later  (T2)  and  its  correlation  with  HDACs ,RIPK2  and  COX2   gene  expression.  For  the  meditation  group,T2  corresponds  to  the  day  following  mindfulness  practice.

    In  both  groups  of   participants,  a   better  cortisol  recoverywas  associated  with  lower  post-intervention  levels  of   RIPK2(r   =   0.51;    p   =  0.065)   and  HDAC2  (r   =   0.58;   p  =  0.029)   (Fig.  3Hand  I),  but  not  with  other  HDACs   or  COX2.

    4. Discussion

    Here  we  show  that  expert  meditators  display  rapid  peripheralchanges  in  the  expression  of   histone  deacetylase  genes(HDAC  2,  3   and  9),  global  histone  modifications  (H4ac;H3K4me3)

     

    and 

    pro-inflammatory 

    genes 

    (RIPK2 

    and 

    COX2)at  the  end  of   an  intensive  day  of   mindfulness  practice.Notably,  lower  levels  of   HDAC2  and  RIPK2  predicted  bettercortisol  recovery  in  a  social  stress  test.

    The 

    current 

    study 

    was 

    not 

    designed 

    to 

    disentangle 

    theeffect  of   acute  mindfulness  practice  from  the  enduring

    Table  2  Statistical   analysis   of   epigenetic  chromatin  modification  gene  expression  in  meditation  vs  control  group.

    Gene  Mean  (SD)  Student  t-test   ANCOVA   estimators   Bootstrapping

    Control  n  Meditation  n  Control

    (basal,   t1)

    vs   meditation

    (basal,   t1)

    Adj.  diff.  95%   CI   p-Value  95%  CI    p-Value

    HDAC1t1   1.05  (0.26)   21  1.20   (0.28)   19   t(37)   =   1.68;

     p  =   0.101

    0.080.32;   0.16

    0.5050.28;  0.13

    0.430

    t2   1.06  (0.32)   1.00   (0.37)

    HDAC2t1   1.07  (0.43)   21  1.03   (0.2)  19   t(38)   =   0.09;

     p  =   0.931

    0.140.25;   0.02

    0.0220.25;  0.03

    0.032

    t2   1.12  (0.45)   0.83   (0.35)

    HDAC3t1   1.03  (0.26)   21  1.03   (0.28)   19   t(38)   =   0.02;

     p  =   0.982

    0.230.38;   0.08

    0.0030.09;   0.38

    0.006

    t2   0.96  (0.2)   0.78   (0.13)

    HDAC5t1   1.03  (0.29)   21  1.05   (0.33)   19   t(38)   =   0.12;

     p  =   0.908

    0.030.08;   0.03

    0.3980.09;  0.03

    0.433

    t2   0.83  (0.15)   0.79   (0.19)

    HDAC9 t1   1.07  (0.42)   21  1.11   (0.36)   19   t(38)   =   0.45;

     p  =   0.656

    0.210.30;   0.11

    0.0000.30;  0.11

    0.001

    t2   1.48  (0.48)   1.03   (0.24)

    SIRT1t1   1.06  (0.38)   21  0.97   (0.18)   19   t(30)   =   0.51;

     p  =   0.612

    0.030.09;   0.03

    0.3080.08;  0.02

    0.278

    t2   0.95  (0.22)   0.88   (0.19)

    SET7 t1   1.04  (0.29)   21  1.04   (0.24)   19   t(38)   =   0.02;

     p 

    0.987

    0.000.11;   0.11

    0.9960.11;  0.11

    1.000

    t2   1.01  (0.21)   1.01   (0.19)

    G9at1   1.02  (0.23)   21  1.14   (0.21)   19   t(38)   =   1.68;

     p  =   0.101

    0.060.08;   0.19

    0.4010.06;  0.17

    0.363

    t2   0.99  (0.19)   1.06   (0.21)

    LSD1t1   1.01  (0.17)   21  1.09   (0.2)  19   t(38)   =   1.25;

     p  =   0.219

    0.080.16;

     

    0.000.053

    0.15; 

    0.010.035

    t2   0.99  (0.15)   0.94   (0.12)

    DNMT3At1   1.07  (0.42)   21  0.95   (0.27)   19   t(38)   =   1.06;

     p  =   0.298

    0.070.22;

     

    0.070.313

    0.22; 

    0.070.313

    t2   0.75  (0.25)   0.65   (0.22)

    Student’s 

    independent 

    t-test 

    was 

    conducted 

    to 

    contrast 

    mean 

    value 

    differences 

    between 

    groups 

    (control, 

    meditation) 

    at 

    t1.  ANCOVA   modelswere

     

    used 

    to 

    compare 

    relative 

    gene 

    expression 

    between 

    groups. 

    HDAC2 

    and 

    SIRT1 

    were 

    log 

    transformed 

    to 

    normalize 

    distribution. 

    Squareroot

     

    and 

    inverse 

    transformation 

    were 

    applied 

    to 

    normalize 

    HDAC9 

    and 

    HDAC3 

    distribution 

    respectively. 

    Bootstrap 

    adjusted 

    difference, 

    95%confidence

     

    interval 

    and 

    two-tailed 

    values 

    are 

    reported 

    for 

    all 

    variables. 

     p 

    values 

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    8/12

    impact  of   long-term  meditation  training.  Rather,   we  inten-tionally  combined  these  factors  to  determine  if   there  was  atrait-like  group  difference  at  baseline  (there  was  not)  and  toincrease  our  capacity  to  detect  an  overall  effect  in  the  expertmeditators.  In  the  future,  it  will  be  important  to  determine  if a  one-day  intervention  in  otherwise  naı̈ve participants  wouldproduce

     

    any 

    of  

    the 

    effects 

    we 

    observed 

    in 

    the 

    current 

    study.To  the best  of  our knowledge   this  is  the first  study  to explore

    the  influence  of meditation  in  factors  that  synchronize

    gene   expression:  our  data   indicate   that,  compared   with  sub-jects   that  have never  meditated,   the  basal expression  levels of the  main  circadian  regulators   are  not  affected   in  PBMC  fromlong-term   meditators   and  that   their   rhythmicity  is  not  influ-enced   by  a   day  long   practice.  Similarly,  we  found   that  all  theepigenetic   regulatory   enzymes  analyzed   exhibited  similarbasal

     

    (t1)  gene   expression  levels  in  the  two  groups  of   partici-pants,  but the  expression  of   HDACs  2,  3   and  9   was  lower  in  themindfulness   meditation   group  compared   with  controls  after

    Figure  2  Effect   of   mindfulness  meditation  on  gene  expression  of   chromatin  modulatory  enzymes  and  histone-tail  modifications.   (A—

    H) Gene  expression  analysis   by  real-time  RT-PCR   analyses   from  PBMC  mRNA  using  TaqMan   FAM-labeled   specific  probes  and  expressed

    relative  to   TBP   (mean    SE;  * p 

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    9/12

    the  intervention  (t2).  HDACs  are  enzymes  that   remove  acetylgroups   from  the  amino   acid  lysine  on  histones   and  they  reg-ulate   transcription  through  direct  effects   on  histones   and  non-histone   chromatin  regulatory  factors,   as  well  as  alternativesubstrates.   Hence,   we  cannot  definitely   conclude  from  ourdata   that   the  downregulation   of   HDAC   gene   expression   had  animpact   on  epigenetic   mechanisms.   Moreover,   due  to  biological

    sample 

    limitations, 

    in 

    this 

    study 

    we 

    could 

    not 

    corroborate 

    thatthe  changes   in  gene   expression   were  associated   with  alteredHDAC   protein  expression,  activity   or  localization.   However,the  fact  that   global   acetylation  of   histone  H4  (H4ac)   wasincreased   after   the  meditation   practice   suggests   that   HDACgene   downregulation   at  least   in  part   reduced  HDAC   enzymaticactivity.  No  change   was  observed   in  the  global   acetylationlevels   of   histone  3.  The  different   dynamics   in  global   acetyla-tion   of   histones   H3  and  H4  that  we  detected   may  be  due  todistinct   turnover  rates  for  these   epigenetic   tags.  Indeed,  it  hasbeen  recently  shown  that   fast   turnover  acetylated   histonesexhibit  half-lives   between  1  and 2  h  (Zheng   et  al.,   2013).

    Consistent 

    with 

    the 

    emerging 

    anti-inflammatory 

    role 

    of HDAC  inhibitors  (HDACi)  (Halili  et  al.,  2009;  Shakespear

    et  al.,  2011;   Akimova  et  al.,  2012), the  decrease  in  HDACgene  expression  in  the  mindfulness  meditation  group  wasconcomitant

     

    with 

    significant 

    downregulation 

    of  

    proinflam-matory

     

    RIPK2 

    and 

    COX2 

    genes. 

    Notably, 

    HDACs 

    2, 

    and 

    havebeen  proposed  as  targets  for  HDACi  to  reduce  inflammatorymarkers  in  blood  cell  models  (Kim  et  al.,  2007;   Li  et  al.,  2007;Tao  et  al.,  2007;  de  Zoeten  et  al.,  2010;  Yamaguchi   et  al.,2010)

     

    and 

    both 

    RIPK2 

    and 

    COX2 

    gene 

    expression 

    have 

    beenreported  to  be  regulated  by  HDACi  in  diverse  cell  systems(Tong   et  al.,  2004;   Wu  and  Guo,  2007;   Roger  et  al.,  2011).Moreover,  we  found  a   strong  positive  correlation  betweenHDACs 

     

    and 

    RIPK2 

    gene 

    expression 

    in 

    the 

    meditation 

    group. 

    Onthe  other  hand,  we  found  that  the  general  inhibitor  of   HDAC

    activity  trichostatin  A  (TSA)  rapidly  inhibited  COX2  geneexpression  levels  in  a  human  lymphocyte-derived  cell  line(MT2)  (50%  reduction  after  30  min  of   TSA  treatment,  S3).  Theoverall  pattern  of   our  findings  indicates  that  the  decreasedHDAC  mRNA  levels  may  have  contributed  to  lower  COX2expression  in  the  mindfulness  meditation  group,  althoughthe  impact  of   HDAC  gene  downregulation  on  HDAC  enzymatic

    activity 

    needs 

    to 

    be 

    confirmed. 

    Finally, 

    we 

    show 

    that 

    fasterrecovery  of   cortisol  levels  after  an  acute  psychological  stresstest  (Trier   Social  Stress  Test)  was  associated  with  lower  geneexpression  levels  of   RIPK2  and  HDAC2. Notably   RIPK2  regu-lates  the  inflammatory  response  through  the  NF-kappaBpathway  (Yin  et  al.,  2010),  which  is  an  effector  of   theneuroendocrine  response  to  psychosocial  stress  in  PBMC(Bierhaus  et  al.,  2003). The  shift  toward  quicker  recoveryfrom  stress,  as  well  as  the  regulation  of   HDAC  and  inflam-matory  pathways  may  be  a  beneficial  combination  that  helpsto  explain  mechanisms  underlying  the  therapeutic  potentialof   mindfulness  meditation  in  stress-related  disorders.Further

     

    study 

    is 

    warranted 

    to 

    explore 

    mechanistic 

    linkbetween  HPA  axis  activity  and  the  peripheral  HDAC  regula-

    tion  of   inflammation  in  response  to  meditation.The  practice  of   meditation  is  increasingly  associated  with

    pain 

    attenuation 

    (Brown 

    and 

    Jones, 

    2010; 

    Perlman 

    et 

    al.,2010;

     

    Grant 

    et 

    al., 

    2011; 

    Zeidan 

    et 

    al., 

    2012; 

    Lutz 

    et 

    al.,2013)  and  thermal  pain  reduction  was  one  of   the  few  specificoutcomes  detected  in  response  to  an  MBSR   program  versus  acarefully  matched  active  control  (MacCoon  et  al.,  2012).RIPK2

     

    is 

    now 

    attributed 

    pivotal 

    role 

    in 

    the 

    regulation 

    of inflammation  through  both  the  NF-kappaB  and  the  JAK—STATpathways  and  is  therefore  an  interesting  new  pharmacologi-cal  target  for  the  inhibition  of   inflammatory  diseases  (Yinet

     

    al., 

    2010). 

    COX2 

    is 

    the 

    target 

    of  

    analgesic 

    and 

    antiin-flammatory  drugs  based  on  non-specific  or  selective  COX

    Table  3  Statistical   analysis   of   proinflammatory  genes  in  meditation  vs  control  group.

    Gene  Mean  (SD)  Student  t-test   ANCOVA   estimators   Bootstrapping

    Control  n  Meditation  n  Control   (basal,

    t1)   vs   meditation

    (basal,   t1)

    Adj.  diff.  95%   CI    p-Value  95%   CI   p-Value

    RIPK2t1   1.04  (0.29)   21   1.11   (0.34)   18   t(38)  =   0.69;

     p  =  0.493

    0.250.40;  0.10

    0.0010.39;   0.11

    0.002

    t2   1.14  (0.2)   0.91   (0.25)

    COX2t1   1.25  (0.96)   21   1.22   (0.99)   19   t(38)  =   0.11;

     p  =  0.913

    0.150.26;  0.05

    0.0070.26;   0.06

    0.012

    t2   0.98  (0.31)   0.77   (0.51)

    CCR7 t1   1.08  (0.45)   21   0.89   (0.27)   19   t(38)  =   1.53;

     p  =  0.135

    0.050.14;  0.05

    0.3440.14;   0.04

    0.361

    t2   1.23  (0.43)   1   (0.38)

    CXCR1t1   1.09  (0.42)   19   1.24   (0.45)   19   t(38)  =   1.08;

     p  =  0.286

    0.190.45;  0.06

    0.1320.42;   0.05

    0.125

    t2   1.35  (0.46)   1.23   (0.34)

    IL-6t1   1.19  (0.66)   21   1.14   (0.72)   19   t(38)  =   0.23;

     p  =  0.821

    0.020.26;  0.30

    0.8740.23;   0.30

    0.879

    t2   1.04  (0.42)   1.04   (0.55)

    TNF-at1   1.06  (0.4)   21   1.07   (0.43)   19   t(38)  =   0.05;

     p  =  0.957

    0.110.36;  0.15

    0.3980.33;   0.15

    0.401

    t2   1.02  (0.31)   0.92   (0.44)

    Student’s 

    independent 

    t-test 

    was 

    conducted 

    to 

    contrast 

    mean 

    value 

    differences 

    between 

    groups 

    (control, 

    meditation) 

    at 

    t1

    ANCOVA 

    modelswere 

    used 

    to 

    compare 

    relative 

    gene 

    expression 

    between 

    groups. 

    COX2 

    was 

    log 

    transformed 

    to 

    normalize 

    distribution. 

    Square 

    roottransformation

     

    was 

    applied 

    to 

    normalize 

    CCR7  

    and 

    TNF-a distribution. 

    Bootstrap 

    adjusted 

    difference, 

    95% 

    confidence 

    interval 

    and 

    two-tailed

     

     p 

    values 

    are 

    reported 

    for 

    all 

    variables. 

     p 

    values  <   0.05   were  considered  statistically  significant.  t1,  t2,  and  SD   stand  for  pre-

    intervention, 

    post-intervention, 

    and 

    standard 

    deviation, 

    respectively.

    104  P.  Kaliman  et  al.

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    10/12

    inhibition  (e.g.  aspirin  and  ibuprofen)  (Ramalho  et  al.,  2009).It  has  been  proposed  that  central  mechanisms  such  asenhanced  emotional  and  cognitive  control  mediate  the  per-ception  of   pain  in  meditators.  Our  findings  suggest  thatperipheral  anti-inflammatory  and  analgesic  molecular  med-iators  may  also   play   a  role  in  the  regulation  of   pain  initiationand  maintenance  in  response  to  meditation.  Moreover,  ourdata  support  the  notion  that   the  inhibition  of   the  pro-inflam-matory  NF-kappaB  pathway  is  a  reproducible  molecular  out-come  in  blood  cells  in  response  to  meditation-based  practicessuch  as  the  elicitation  of   the  relaxation  response  in  long-term

    practitioners  (Dusek  et  al.,  2008;   Bhasin  et  al.,  2013), mind-fulness-based  stress  reduction  training  in  older  adults  (Cres-well  et  al.,  2012)  and  yogic  meditation  in  family  dementiacaregivers  (Black  et  al.,  2013).

    Chronic  low-grade  inflammation  is  associated  with  themost  common  health  problems  in  the  modern  world  includingcardiovascular  and  metabolic  disease,  cancer  and  neuropsy-chiatric  disorders.  Our  findings  suggest  that  mindfulness-based  behavioral  interventions  may  produce  beneficialeffects  in  subjects  with  chronic  diseases  in  whom  inflamma-tion  is  a   significant  correlate.  Data  presented  here  suggest

    Figure  3  Effect   of   mindfulness  meditation  on  inflammatory  pathways:  correlation  with  HDAC  gene  expression  and   social   stress

    recovery.   (A)   Receptor-interacting  serine-threonine  kinase   2   (RIPK2)  gene  expression  (mean    SE;   ** p 

  • 8/20/2019 Kali Man Rapid p Nec

    11/12

    that 

    mindfulness 

    meditation 

    practice 

    influences 

    mechanismssimilar  to  those  targeted  by  different  anti-inflammatorydrugs  such  as  HDACi  or  cyclooxygenase  inhibitors.  Thesefindings  set  the  foundation  for  future  studies  to  further  assessthe

     

    mechanisms 

    through 

    which 

    different 

    forms 

    of  

    meditationmodulate  inflammation.

    Role of funding sources

    None.

    Conflict of interest statement

    None  declared.

    Acknowledgments

    This 

    work 

    was 

    supported 

    by 

    grants 

    from 

    the 

    National 

    Centerfor  Complementary  and  Alternative  Medicine  of   NIH  to  RJDand  AL  (P01-AT004952)  and  by  grants  to  RJD  from  the  FetzerInstitute,  the  John  Templeton  Foundation  and  an  anonymousdonor.  We  would  like  to  thank  David  Bachhuber  for  hisexcellent  work  with  the  planning  and  logistics  of   data  collec-tion  and  José Rı́os from  the  Biostatistics  and  Data  Manage-ment  Platform  at  IDIBAPS,  for  assistance  in  the  statisticalanalysis.

    Appendix A. Supplementary data

    Supplementary  data   associated  with  this  article  can  befound,  in  the  online  version,  at  http://dx.doi.org/10.1016/j.psyneuen.2013.11.004.

    References

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    T., 

    Beier, 

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    L., 

    Hancock, 

    W.W., 2012.Histone/protein

     

    deacetylases 

    and 

    T-cell 

    immune 

    responses.Blood

     

    119 

    (11) 

    2443—2451.Bhasin,

     

    M.K., 

    Dusek, 

    J.A., 

    Chang, 

    B.H., 

    Joseph, 

    M.G., 

    Denninger,J.W.,

     

    Fricchione, 

    G.L., 

    Benson, 

    H., 

    Libermann, 

    T.A., 

    2013. 

    Re-laxation

     

    response 

    induces 

    temporal 

    transcriptome 

    changes 

    inenergy

     

    metabolism, 

    insulin 

    secretion 

    and 

    inflammatory 

    path-ways.

     

    PLoS 

    ONE 

    (5) 

    e62817.Bierhaus,

     

    A., 

    Wolf, 

    J., 

    Andrassy, 

    M., 

    Rohleder, 

    N., 

    Humpert, 

    P.M.,Petrov,

     

    D., 

    Ferstl, 

    R., 

    von 

    Eynatten, 

    M., 

    Wendt, 

    T., 

    Rudofsky, 

    G.,Joswig,

     

    M., 

    Morcos, 

    M., 

    Schwaninger, 

    M., 

    McEwen, 

    B., 

    Kirsch-baum,

     

    C., 

    Nawroth, 

    P.P., 

    2003. 

    mechanism 

    converting 

    psycho-

    social   stress  into  mononuclear  cell  activation.  Proc.   Natl.  Acad.Sci.

     

    U. 

    S. 

    A. 

    100 

    (4) 

    1920—1925.Black,

     

    D.S., 

    Cole, 

    S.W., 

    Irwin, 

    M.R., 

    Breen, 

    E., 

    St 

    Cyr, 

    N.M., 

    Nazarian,N.,

     

    Khalsa, 

    D.S., 

    Lavretsky, 

    H., 

    2013. 

    Yogic 

    meditation 

    reversesNF-kappaB

     

    and 

    IRF-related 

    transcriptome 

    dynamics 

    in 

    leukocytesof 

     

    family 

    dementia 

    caregivers 

    in 

    randomized 

    controlled 

    trial.Psychoneuroendocrinology

     

    38 

    (3) 

    348—355.Brown,

     

    C.A., 

    Jones, 

    A.K., 

    2010. 

    Meditation 

    experience 

    predicts 

    lessnegative

     

    appraisal 

    of  

    pain: 

    electrophysiological 

    evidence 

    for 

    theinvolvement

     

    of  

    anticipatory 

    neural 

    responses. 

    Pain 

    150 

    (3) 

    428—438.

    Carlson, 

    L.E., 

    Speca, 

    M., 

    Patel, 

    K.D., 

    Goodey, 

    E., 

    2003. 

    Mindfulness-based

     

    stress 

    reduction 

    in 

    relation 

    to 

    quality 

    of  

    life, 

    mood, 

    symp-

    toms 

    of  

    stress, 

    and 

    immune 

    parameters 

    in 

    breast 

    and 

    prostatecancer

     

    outpatients. 

    Psychosom. 

    Med. 

    65 

    (4) 

    571—581.Creswell,

     

    J.D., 

    Irwin, 

    M.R., 

    Burklund, 

    L.J., 

    Lieberman, 

    M.D., 

    Are-valo,

     

    J.M., 

    Ma, 

    J., 

    Breen, 

    E.C., 

    Cole, 

    S.W., 

    2012. 

    Mindfulness-based

     

    stress 

    reduction 

    training 

    reduces 

    loneliness 

    and 

    pro-inflam-matory

     

    gene 

    expression 

    in 

    older 

    adults: 

    small 

    randomizedcontrolled

     

    trial. 

    Brain 

    Behav. 

    Immun. 

    26 

    (7) 

    1095—1101.Creswell,

     

    J.D., 

    Myers, 

    H.F., 

    Cole, 

    S.W., 

    Irwin, 

    M.R., 

    2009. 

    Mindful-ness

     

    meditation 

    training 

    effects 

    on 

    CD4+ 

    lymphocytes 

    in 

    HIV-1

    infected 

    adults: 

    small 

    randomized 

    controlled 

    trial. 

    Brain 

    Behav.Immun.

     

    23 

    (2) 

    184—188.Chandramohan,

     

    Y., 

    Droste, 

    S.K., 

    Arthur, 

    J.S., 

    Reul, 

    J.M., 

    2008. 

    Theforced

     

    swimming-induced 

    behavioural 

    immobility 

    responseinvolves

     

    histone 

    H3 

    phospho-acetylation 

    and 

    c-Fos 

    induction 

    indentate

     

    gyrus 

    granule 

    neurons 

    via 

    activation 

    of  

    the 

    N-methyl-D-aspartate/extracellular

     

    signal-regulated 

    kinase/mitogen- 

    andstress-activated

     

    kinase 

    signalling 

    pathway. 

    Eur. 

    J. 

    Neurosci. 

    27(10)

     

    2701—2713.Chandramohan,

     

    Y., 

    Droste, 

    S.K., 

    Reul, 

    J.M., 

    2007. 

    Novelty 

    stressinduces

     

    phospho-acetylation 

    of  

    histone 

    H3 

    in 

    rat 

    dentate 

    gyrusgranule

     

    neurons 

    through 

    coincident 

    signalling 

    via 

    the 

    N-methyl-D-aspartate

     

    receptor 

    and 

    the 

    glucocorticoid 

    receptor: 

    relevance 

    forc-fos

     

    induction. 

    J. 

    Neurochem. 

    101 

    (3) 

    815—828.Chwang,

     

    W.B., 

    Arthur, 

    J.S., 

    Schumacher, 

    A., 

    Sweatt, 

    J.D., 

    2007. 

    The

    nuclear  kinase  mitogen-  and   stress-activated  protein  kinase  1regulates

     

    hippocampal 

    chromatin 

    remodeling 

    in 

    memory 

    forma-tion.

     

    J. 

    Neurosci. 

    27 

    (46) 

    12732—12742.de

     

    Zoeten, 

    E.F., 

    Wang, 

    L., 

    Sai, 

    H., 

    Dillmann, 

    W.H., 

    Hancock, 

    W.W.,2010.

     

    Inhibition 

    of  

    HDAC9 

    increases 

    Tregulatory 

    cell 

    function 

    andprevents

     

    colitis 

    in 

    mice. 

    Gastroenterology 

    138 

    (2) 

    583—594.Del

     

    Rizzo, 

    P.A., 

    Trievel, 

    R.C., 

    2011. 

    Substrate 

    and 

    product 

    specifi-cities

     

    of  

    SET 

    domain 

    methyltransferases. 

    Epigenetics 

    (9) 

    1059—1067.

    Dusek, 

    J.A., 

    Otu, 

    H.H., 

    Wohlhueter, 

    A.L., 

    Bhasin, 

    M., 

    Zerbini, 

    L.F.,Joseph,

     

    M.G., 

    Benson, 

    H., 

    Libermann, 

    T.A., 

    2008. 

    Genomic 

    count-er-stress

     

    changes 

    induced 

    by 

    the 

    relaxation 

    response. 

    PLoS 

    ONE 

    3(7)

     

    e2576.Epel,

     

    E., 

    Daubenmier, 

    J., 

    Moskowitz, 

    J.T., 

    Folkman, 

    S., 

    Blackburn,E.,

     

    2009. 

    Can 

    meditation 

    slow 

    rate 

    of  

    cellular 

    aging? 

    Cognitive

    stress,  mindfulness,  and   telomeres.  Ann.  N.   Y.  Acad.   Sci.  1172,34—53.

    Farb, 

    N.A., 

    Anderson, 

    A.K., 

    Segal, 

    Z.V., 

    2012. 

    The 

    mindful 

    brain 

    andemotion

     

    regulation 

    in 

    mood 

    disorders. 

    Can. 

    J. 

    Psychiatry 

    57 

    (2)70—77.

    Fischer, 

    A., 

    Sananbenesi, 

    F., 

    Wang, 

    X., 

    Dobbin, 

    M., 

    Tsai, 

    L.H., 

    2007.Recovery

     

    of  

    learning 

    and 

    memory 

    is 

    associated 

    with 

    chromatinremodelling.

     

    Nature 

    447 

    (7141) 

    178—182.Fusco,

     

    S., 

    Maulucci, 

    G., 

    Pani, 

    G., 

    2012. 

    Sirt1: 

    def-eating 

    senescence?Cell

     

    Cycle 

    11 

    (22) 

    4135—4146.Goldstein,

     

    J., 

    1993. 

    Insight 

    Meditation: 

    The 

    Practice 

    of  

    Freedom.Shambala

     

    Publications, 

    Boston.Graff,

     

    J., 

    Kim, 

    D., 

    Dobbin, 

    M.M., 

    Tsai, 

    L.H., 

    2011. 

    Epigenetic 

    regu-lation

     

    of  

    gene 

    expression 

    in 

    physiological 

    and 

    pathological 

    brainprocesses.

     

    Physiol. 

    Rev. 

    91 

    (2) 

    603—649.

    Grant,  J.A.,   Courtemanche,  J.,   Rainville,  P.,  2011.   A  non-elaborativemental

     

    stance 

    and 

    decoupling 

    of  

    executive 

    and 

    pain-relatedcortices

     

    predicts 

    low 

    pain 

    sensitivity 

    in 

    Zen 

    meditators. 

    Pain152

     

    (1) 

    150—156.Halili,

     

    M.A., 

    Andrews, 

    M.R., 

    Sweet, 

    M.J., 

    Fairlie, 

    D.P., 

    2009. 

    Histonedeacetylase

     

    inhibitors 

    in 

    inflammatory 

    disease. 

    Curr. 

    Top. 

    Med.Chem.

     

    (3) 

    309—319.Jurkowska,

     

    R.Z., 

    Jurkowski, 

    T.P., 

    Jeltsch, 

    A., 

    2011. 

    Structure 

    andfunction

     

    of  

    mammalian 

    DNA 

    methyltransferases. 

    Chembiochem12

     

    (2) 

    206—222.Juster,

     

    R.P., 

    McEwen, 

    B.S., 

    Lupien, 

    S.J., 

    2010. 

    Allostatic 

    load 

    bio-markers

     

    of  

    chronic 

    stress 

    and 

    impact 

    on 

    health 

    and 

    cognition.Neurosci.

     

    Biobehav. 

    Rev. 

    35 

    (1) 

    2—16.

    106  P.  Kaliman  et  al.

    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