EPIGENETIChESKIE MEKhANIZMY GIPOKSIChESKOY TOLERANTNOSTI MOZGA: ROL' METILIROVANIYa DNK I GISTONA H3

Abstract



Введение. Гипоксическая толерантность мозга - повышение устойчивости нейронов чувствительных образований мозга к тяжелым формам гипоксии, достигаемое, в частности, путем воздействия на организм умеренной гипоксии в режиме прекондиционирования. Механизмы формирования гипоксической толерантности связаны с перестройкой внутриклеточных процессов, синтезом белков и изменением активности генома, которая регулируется рядом эпигенетических механизмов, в том числе метилированием гистонов и ДНК. Метилирование гистонов может приводить как к активации, так и к ингибированию транскрипции генов, в зависимости от сайта, по которому происходит метилирование. В частности, моно-, ди- и триме-тилирование гистона H3 по лизину-4 приводит к активации транскрипции, тогда как моно-, ди- и триметилирвоа-ние гистона H3 по лизину-9 - к ее репрессии [1]. Метилирование ДНК связывают преимущественно с ингибированием транскрипции генов. Очевидно, данные модификации могут вовлекаться в механизмы формирования гипоксической толерантности мозга. Применяли гипобарическую гипоксию в барокамере проточного типа в следующих режимах: 1) тяжелая гипобари-ческая гипоксия (ТГГ; 180 мм рт. ст., 3 ч); 2) умеренная гипобарическая гипоксия (УГГ; 360 мм рт. ст., 3 сеанса по 24 ч, интервал 24 ч); 3) умеренная гипобарическая гипоксия, и через 24 ч - тяжелая гипобарическая гипоксия (УГГ+ТГГ). Иммуногистохимический анализ проводили на срезах мозга животных. Применяли первичные антитела к диметилированному по лизину-9 гистону H3 (H3K9me2) (Abcam; 1:200), ди- и триметилированному по лизину-4 гистону H3 (H3K4me2,3) (Abcam; 1:200), метилированной ДНК (meDNA) (Santa Cruz; 1:75). Результаты представлены в процентном отношении к контролю. ТГГ приводила к увеличению степени метилирования H3K9 и ДНК в нейронах неокортекса и гиппокампа крыс. Одновременно с этим отмечалось снижение иммунореактивности к H3K4me2,3 в гиппокампе (таблица). УГГ оказывала противоположный ТГГ эффект, уменьшая количество интенсивно иммунореак-тивных клеток по H3K9me2, meDNA, и увеличивая Таблица Изменения количества клеток, иммунореактивных по НЗК9те2, НЗК4те2,3 и meDNA в ответ на действие ТГГ, УГГ и прекондиционированной ТГГ (УГГ+ТГГ) в неокортексе и гиппокампе крыс H3K4me2,3 НЗК9те2 meDNA неокортекс гиппокамп неокортекс гиппокамп неокортекс II слой V слой СА1 САЗ II слой V слой СА1 САЗ II слой V слой тгг 280* 165* 22* 27* 625* 523* 389* 420* 444* 438* УГГ 400* 273* 216* 319* 52* 77 54* 44* 50* 44* УГГ+ТГГ 440* 477* 368* 242* 14* 39* 56* 38* 33* 12* - Отличие от контроля достоверно при р<0,05. Цель исследования: оценка изменения степени метилирования гистона H3 по лизину-4, -9 и ДНК при действии повреждающей или протектирующей гипобариче-ской гипоксии. Результаты и их обсуждение. Исследование выполнено на взрослых самцах крыс линии Вистар (180-200 г). содержание H3K4me2,3 (таблица). У прекондициониро-ванных крыс (группа УГГ+ТГ) уровень иммунореактивности к H3K9me2 и meDNA был снижен относительно контроля после ТГГ. Наряду с этим, отмечалось увеличение интенсивности метилирования H3K4me2,3 на раннем сроке после ТГГ. МЕДИЦИНСКИЙ АКАДЕМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2016 г., ТОМ 16, № 4 141 Таким образом, изменения содержания метилированных форм гистона Н3 и метилированной ДНК, наблюдаемые в ответ на ТГГ, по современным представлениям, способствуют образованию гетерохроматина, что сопровождается подавлением транскрипции генов [2]. Это подтверждается нашими данными о том, что при ТГГ подавляется экспрессия Hif-1a, pCREB, NF-kappaB, а также проадаптивных белков Bcl-2, BDNF, EPO, что, очевидно, предопределяет структурные повреждения нейронов и их гибель [3]. Напротив, при действии умеренной гипоксии отмечается паттерн метилирования гистона H3 и ДНК, характерный для активации транскрипции, то есть способствующий образованию эухроматина. Аналогичные изменения наблюдаются и при использовании УГГ в качестве прекондицио-нирования. Заключение. Интересно, что в нашем исследовании метилирование гистона Н3К9 имело схожую тенденцию с метилированием ДНК и обратную корреляцию с метилированием гистона Н3К4 при действии разных режимов гипоксии. Это согласуется с данными литературы. В частности, было обнаружено, что существует прямая корреляция между метилированием H3K9me2 и метилированием ДНК, тогда как при усилении метилирования H3K4me2,3, отмечается деметилирование ДНК [4]. Это можно объяснить наличием у них общих ферментов (метил-трансферазы и деметилазы) и общего сигнального белка HP (heterochromatin protein). HP является своеобразным связующим элементом, который распознает метилированные участки на поверхности как гистона H3, так и ДНК, а другим своим участком может связывать метилтрансфера-зу. Таким образом, метилирование гистонов и ДНК представляет собой связанный процесс регуляции активности генов, играющий важную роль, в том числе, и в формировании гипоксической толерантности мозга.

A V Churilova

Email: annch05@mail.ru

M O Samoylov

  1. Histone methylation regulates memory formation / Gupta S., Kim S. Y., Artis S., Molfese D. L., Schumacher A., Sweatt J. D., Paylor R. E., Lubin F. D. // J. Neurosci.- 2010.- Vol. 30.- P. 3589-3599.
  2. Johnson A. B., Denko N., Barton M. C. Hypoxia induces a novel signature of chromatin modifications and global repression of transcription // Mutat. Res.- 2008.- Vol. 640.- P. 174-179.
  3. Самойлов М. О., Рыбникова Е. А. Молекулярно-клеточные и гормональные механизмы индуцированной толерантности мозга к экстремальным факторам среды // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова.- 2012.- Т. 98, № 1.- С. 108-126.
  4. Cheng X., Blumenthal R. M. Coordinated chromatin control: structural and functional linkage of DNA and histone methylation / / Biochemistry.- 2010.- Vol. 49.- P. 2999-3008.

Views

Abstract - 26

PDF (Russian) - 0

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2016 Churilova A.V., Samoylov M.O.

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

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies