Epigenetics and its role in development and regulation of allergy — a systematic review

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Epigenetic mechanisms involving DNA methylation, histone modifications, and non-coding RNAs have more recently been highlighted as important regulatory elements of gene expression in allergic diseases. Such mechanisms mediate interactions between predisposing genetic determinants and environmental exposures, with subsequent influences on immune response as well as on susceptibility to conditions such as asthma, allergic rhinitis, atopic dermatitis, and food allergies.

MATERIALS AND METHODS: This systematic review integrated evidence from studies exploring the role of epigenetic modifications in allergic diseases. The databases were searched systematically and relevant studies as per predefined PECOS criteria were included. All data regarding epigenetic mechanisms, the target loci involved, environmental influences, and allergic outcomes were extracted and analyzed. The studies were evaluated for risk of bias using the RoB 2.0 and ROBINS-I tools, and the certainty of evidence was appraised using the GRADE framework.

RESULTS: It was observed that DNA methylation at such loci, including FOXP3 and IL-4Rα, was invariably associated with immune dysregulation in allergic diseases across the 11 studies included. Exposure to pollutants and microbial exposure has shown associations with alterations in epigenetic profiles that have resulted in significant impacts on immune tolerance and allergic inflammation. Quantitative results: in specific immunotherapy settings, 95 % suppression of effector T-cell proliferation (p <0.0001), and identification of 956 CpG sites associated with the risk of allergic rhinitis Fixed drug reaction (FDR) <5 %. The studies together showed that epigenetic modifications are central to the pathogenesis of allergic diseases and may be used as biomarkers and therapeutic targets.

CONCLUSION: This review highlighted how epigenetics played a crucial role in the development and regulation of allergic diseases and underlined the interactions between these entities and environmental exposures. Findings indicated that epigenetic mechanisms promise a wide potential in precision medicine, mainly concerning biomarker discovery and treatment stratification. However, study methodology heterogeneity and variability of results should be pursued further for homogenization of methodologies and thus increasing the applicability in clinics.

About the authors

Sanjeev Kumar Jain

Teerthanker Mahaveer Medical College

Email: jainsanjeevkumar77@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9609-5950

д-р мед. наук, профессор

India, Moradabad

Sonika Sharma

Teerthanker Mahaveer Medical College

Email: soniyasharma19922@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-8821-2068

канд. мед. наук, доцент

India, Moradabad

Vinod Kumar Singh

Teerthanker Mahaveer Medical College

Email: drvinodkumarsingh85@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2480-1753

д-р мед. наук, профессор

India, Moradabad

Reena Rani

Teerthanker Mahaveer Medical College

Author for correspondence.
Email: reenarani.rmch@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-9548-5078

д-р мед. наук, доцент

India, Moradabad

References

  1. Acevedo N, Alashkar Alhamwe B, Caraballo L, et al. Perinatal and early-life nutrition, epigenetics, and allergy. Nutrients. 2021;13(3):724. doi: 10.3390/nu13030724 EDN: KMAFCL
  2. Ntontsi P, Photiades A, Zervas E, et al. Genetics and epigenetics in asthma. Int J Mol Sci. 2021;22(5):2412. doi: 10.3390/ijms22052412 EDN: XGBFKI
  3. Zhang L, Lu Q, Chang C. Epigenetics in health and disease. Adv Exp Med Biol. 2020;1253:3–55. doi: 10.1007/978-981-15-3449-2_1 EDN: WSGUME
  4. Agache I, Cojanu C, Laculiceanu A, Rogozea L. Genetics and epigenetics of allergy. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2020;20(3):223–232. doi: 10.1097/ACI.0000000000000634 EDN: UMLBAW
  5. Cañas JA, Núñez R, Cruz-Amaya A, et al. Epigenetics in food allergy and immunomodulation. Nutrients. 2021;13(12):4345. doi: 10.3390/nu13124345 EDN: QJPUCO
  6. Alashkar Alhamwe B, Alhamdan F, Ruhl A, et al. The role of epigenetics in allergy and asthma development. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2020;20(1):48–55. doi: 10.1097/ACI.0000000000000598 EDN: PWWBOX
  7. Clausing ES, Tomlinson CJ, Non AL. Epigenetics and social inequalities in asthma and allergy. J Allergy Clin Immunol. 2023;151(6):1468–1470. doi: 10.1016/j.jaci.2023.01.032 EDN: GVLETH
  8. Hellings PW, Steelant B. Epithelial barriers in allergy and asthma. J Allergy Clin Immunol. 2020;145(6):1499–1509. doi: 10.1016/j.jaci.2020.04.010 EDN: MHFFHW
  9. Choi BY, Han M, Kwak JW, Kim TH. Genetics and epigenetics in allergic rhinitis. Genes (Basel). 2021;12(12):2004. doi: 10.3390/genes12122004 EDN: FTCTVN
  10. Agache I, Eguiluz-Gracia I, Cojanu C, et al. Advances and highlights in asthma in 2021. Allergy. 2021;76(11):3390–3407. doi: 10.1111/all.15054 EDN: XPZOQF
  11. Kabesch M, Tost J. Recent findings in the genetics and epigenetics of asthma and allergy. Semin Immunopathol. 2020;42(1):43–60. doi: 10.1007/s00281-019-00777-w EDN: HOWOVR
  12. Wang J, Zhou Y, Zhang H, et al. Pathogenesis of allergic diseases and implications for therapeutic interventions. Signal Transduct Target Ther. 2023;8(1):138. doi: 10.1038/s41392-023-01344-4 EDN: VSMTGI
  13. Bélanger É, Laprise C. Could the epigenetics of eosinophils in asthma and allergy solve parts of the puzzle? Int J Mol Sci. 2021;22(16):8921. doi: 10.3390/ijms22168921 EDN: WQHBAO
  14. Lal D, Brar T, Ramkumar SP, et al. Genetics and epigenetics of chronic rhinosinusitis. J Allergy Clin Immunol. 2023;151(4):848–868. doi: 10.1016/j.jaci.2023.01.004 EDN: BRQFYA
  15. Page MJ, Moher D, Bossuyt PM, et al. PRISMA 2020 explanation and elaboration: updated guidance and exemplars for reporting systematic reviews. BMJ. 2021;372:n160. doi: 10.1136/bmj.n160
  16. Igelström E, Campbell M, Craig P, Katikireddi SV. Cochrane’s risk of bias tool for non-randomized studies (ROBINS-I) is frequently misapplied: a methodological systematic review. J Clin Epidemiol. 2021;140:22–32. doi: 10.1016/j.jclinepi.2021.08.022 EDN: XSBZJS
  17. Sterne JAC, Savović J, Page MJ, et al. RoB 2: a revised tool for assessing risk of bias in randomised trials. BMJ. 2019;366:l4898. doi: 10.1136/bmj.l4898
  18. Hew KM, Walker AI, Kohli A, et al. Childhood exposure to ambient polycyclic aromatic hydrocarbons is linked to epigenetic modifications and impaired systemic immunity in T cells. Clin Exp Allergy. 2015;45(1):238–248. doi: 10.1111/cea.12377
  19. Martino DJ, Joo SE, Saffery R, Prescott S. Basic and clinical immunology — 3024. First evidence for epigenetic disruption in t-cells from children with food allergy. World Allergy Organ J. 2013;6(Suppl 1):P200. doi: 10.1186/1939-4551-6-S1-P200
  20. Miller RL, Zhang H, Jezioro J, et al. Reduced mouse allergen is associated with epigenetic changes in regulatory genes, but not mouse sensitization, in asthmatic children. Environ Res. 2017;156:619–624. doi: 10.1016/j.envres.2017.04.025
  21. Morin A, McKennan CG, Pedersen CT, et al. Epigenetic landscape links upper airway microbiota in infancy with allergic rhinitis at 6 years of age. J Allergy Clin Immunol. 2020;146(6):1358–1366. doi: 10.1016/j.jaci.2020.07.005 EDN: XAKAHX
  22. Paparo L, Nocerino R, Cosenza L, et al. Epigenetic features of FoxP3 in children with cow’s milk allergy. Clin Epigenetics. 2016;8:86. doi: 10.1186/s13148-016-0252-z EDN: EYTCKB
  23. Rabinovitch N, Jones MJ, Gladish N, et al. Methylation of cysteinyl leukotriene receptor 1 genes associates with lung function in asthmatics exposed to traffic-related air pollution. Epigenetics. 2021;16(2):177–185. doi: 10.1080/15592294.2020.1790802 EDN: LCMPCE
  24. Schmiedel BJ, Singh D, Madrigal A, et al. Impact of genetic polymorphisms on human immune cell gene expression. Cell. 2018;175(6):1701–1715.e16. doi: 10.1016/j.cell.2018.10.022
  25. Swamy RS, Reshamwala N, Hunter T, et al. Epigenetic modifications and improved regulatory T-cell function in subjects undergoing dual sublingual immunotherapy. J Allergy Clin Immunol. 2012;130(1):215–224.e7. doi: 10.1016/j.jaci.2012.04.021
  26. Syed A, Garcia MA, Lyu SC, et al. Peanut oral immunotherapy results in increased antigen-induced regulatory T-cell function and hypomethylation of forkhead box protein 3 (FOXP3). J Allergy Clin Immunol. 2014;133(2):500–510. doi: 10.1016/j.jaci.2013.12.1037
  27. Tan LL, Goh SH, Lee MP, et al. IgE-mediated coconut allergy in tropical Singapore. Asia Pacific Allergy. 2025:10.5415/apallergy.0000000000000175. doi: 10.5415/apallergy.0000000000000175
  28. Zhao Y, Zhang J, Yang B, et al. Efficacy and safety of CM310 in moderate-to-severe atopic dermatitis: a multicenter, randomized, double-blind, placebo-controlled phase 2b trial. Chin Med J (Engl). 2024;137(2):200–208. doi: 10.1097/CM9.0000000000002747 EDN: ZWYBRK
  29. Yang IV, Pedersen BS, Liu AH, et al. The nasal methylome and childhood atopic asthma. J Allergy Clin Immunol. 2016;139(5):1478–1488. doi: 10.1016/j.jaci.2016.07.036
  30. Nicodemus-Johnson J, Myers RA, Sakabe NJ, et al. DNA methylation in lung cells is associated with asthma endotypes and genetic risk. JCI Insight. 2016;1(20):e90151. doi: 10.1172/jci.insight.90151
  31. Tost J. A translational perspective on epigenetics in allergic diseases. J Allergy Clin Immunol. 2018;142(3):715–726. doi: 10.1016/j.jaci.2018.07.009
  32. Lovinsky-Desir S, Miller RL. Epigenetics, asthma, and allergic diseases: a review of the latest advancements. Curr Allergy Asthma Rep. 2012;12(3):211–220. doi: 10.1007/s11882-012-0257-4 EDN: FDTXUD
  33. Li J, Panganiban R, Kho AT, et al. Circulating microRNAs and treatment response in childhood Asthma. Am J Respir Crit Care Med. 2020;202(1):65–72. doi: 10.1164/rccm.201907-1454OC EDN: GFEOMT
  34. Ito K, Lim S, Caramori G, et al. A molecular mechanism of action of theophylline: induction of histone deacetylase activity to decrease inflammatory gene expression. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99(13):8921–8926. doi: 10.1073/pnas.132556899
  35. Rebane A, Akdis CA. MicroRNAs: essential players in the regulation of inflammation. J Allergy Clin Immunol. 2013;132(1):15–26. doi: 10.1016/j.jaci.2013.04.011
  36. Barni S, Liccioli G, Sarti L, et al. Immunoglobulin E (IgE)-mediated food allergy in children: epidemiology, pathogenesis, diagnosis, prevention, and management. Medicina (Kaunas). 2020;56(3):111. doi: 10.3390/medicina56030111 EDN: SFADRJ
  37. Fiuza BSD, Fonseca HF, Meirelles PM, et al. Understanding asthma and allergies by the lens of biodiversity and epigenetic changes. Front Immunol. 2021;12:623737. doi: 10.3389/fimmu.2021.623737 EDN: PFZCQF
  38. Mijač S, Banić I, Genc AM, et al. The effects of environmental exposure on epigenetic modifications in allergic diseases. Medicina. 2024;60(1):110. doi: 10.3390/medicina60010110 EDN: TMBBEJ
  39. Cardenas A, Fadadu RP, Koppelman GH. Epigenome-wide association studies of allergic disease and the environment. J Allergy Clin Immunol. 2023;152(3):582–590. doi: 10.1016/j.jaci.2023.05.020 EDN: RFNORP

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Overview of epigenetics and allergic diseases.

Download (167KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Role of epigenetics in allergic diseases.

Download (221KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Environmental modulation of epigenetics.

Download (191KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Study selection process for this review.

Download (363KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Bias assessment using the RoB 2.0 tool.

Download (670KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Bias assessment using the ROBINS-I tool.

Download (407KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Flowchart representing the overall findings of this review.

Download (262KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 ABV-press

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».