Изменение экспрессии DNMT1 как маркер нарушения эпигенетической регуляции у пациентов с рассеянным склерозом

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Рассеянный склероз — хроническое нейродегенеративное аутоиммунное заболевание, характеризующееся наличием очагов воспаления и демиелинизации в центральной нервной системе. Запуск патологических процессов при рассеянном склерозе обусловлен сложным взаимодействием генетических факторов, неблагоприятных факторов среды и эпигенетическими влияниями. Прогрессирующая неврологическая симптоматика вследствие нарушений аксональной проводимости, гибели аксонов и нейродеструкции приводит к значительному ухудшению качества жизни пациентов и инвалидизации. Поиск новых маркеров для совершенствования методов диагностики и терапии, в том числе с учетом генетического профиля и эпигенетических взаимодействий, является актуальной задачей.

Цель — исследование изменений экспрессии мРНК DNMT1 у пациентов с рассеянным склерозом с разной продолжительностью заболевания, анализ метилирования промоторной области гена DNMT1 и сопоставление изменений в уровне экспрессии DNMT1 с содержанием гомоцистеина в крови и наличием полиморфизмов генов, кодирующих синтез ключевых ферментов фолатного цикла.

Материалы и методы. Уровень экспрессии мРНК DNMT1 в периферических мононуклеарных клетках крови оценивали методом обратной транскрипции с последующей полимеразной цепной реакцией, для анализа метилирования промотора DNMT1 использовали метод флуоресцентной полимеразной цепной реакции с метил-чувствительным анализом кривых плавления с высоким разрешением. Содержание гомоцистеина в крови определяли методом иммунохемилюминесцентного анализа. Для генотипирования по полиморфизмам генов фолатного цикла использовали метод полимеразной цепной реакции в реальном времени, для дискриминации аллелей применяли флуоресцентные зонды с LNA-модификациями.

Результаты. Показано, что у пациентов с рассеянным склерозом, в том числе в дебюте заболевания, уровень экспрессии мРНК DNMT1 достоверно ниже, чем у добровольцев контрольной группы. Связи между снижением экспрессии DNMT1 и уровнем метилирования промотора обнаружено не было. Выявленная сильная положительная взаимосвязь между уровнем экспрессии мРНК DNMT1 и содержанием гомоцистеина у пациентов с рассеянным склерозом и наличие сочетанного влияния генотипов по полиморфизмам A2756G гена MTR и C677T гена MTHFR на экспрессию DNMT1 позволяет предполагать, что генетически обусловленные особенности метаболизма фолатов могут способствовать нарушению эпигенетической регуляции при рассеянном склерозе.

Заключение. Полученные результаты указывают на перспективность исследований, направленных на выявление факторов, обусловливающих эпигенетические изменения при рассеянном склерозе. Изучение механизмов, определяющих вклад полиморфных вариантов генов фолатного цикла в патогенез рассеянного склероза, — один из возможных путей совершенствования диагностических и терапевтических подходов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Евгения Антоновна Цымбалова

Институт экспериментальной медицины

Email: evgesha.tsymbalova@mail.ru

лаборант-исследователь Физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Екатерина Александровна Чернявская

Институт экспериментальной медицины

Email: kate-chernjavskaja@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-0421-9819

лаборант-исследователь Физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Дарья Евгеньевна Рыжкова

Институт экспериментальной медицины

Email: dashstepanova@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-3745-3203

специалист Физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Геннадий Николаевич Бисага

Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова

Email: bisaga@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1848-8775
SPIN-код: 9121-7071

д-р мед. наук, профессор кафедры неврологии с клиникой

Россия, Санкт-Петербург

Ирина Николаевна Абдурасулова

Институт экспериментальной медицины

Email: i_abdurasulova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1010-6768
SPIN-код: 5019-3940

канд. биол. наук, руководитель Физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Виктория Иосифовна Людыно

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: vlioudyno@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1449-7754
SPIN-код: 8980-8497

канд. биол. наук, старший научный сотрудник Физиологического отдела им. И.П. Павлова

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Liu L., Li Y., Tollefsbol T.O. Gene-environment interactions and epigenetic basis of human diseases // Curr. Issues Mol. Biol. 2008. Vol. 10, No. 1-2. P. 25–36.
  2. Pogribny I.P., Beland F.A. DNA hypomethylation in the origin and pathogenesis of human diseases // Cell. Mol. Life Sci. 2009. Vol. 66, No. 14. P. 2249–2261. doi: 10.1007/s00018-009-0015-5
  3. Riggs A.D. X inactivation, differentiation, and DNA methylation // Cytogenet. Cell Genet. 1975. Vol. 14, No. 1. P. 9–25. doi: 10.1159/000130315
  4. Goll M.G., Bestor T.H. Eukaryotic cytosine methyltransferases // Annu. Rev. Biochem. 2005. Vol. 74. P. 481–514. doi: 10.1146/annurev.biochem.74.010904.153721
  5. Mattei A.L., Bailly N., Meissner A. DNA methylation: a historical perspective // Trends Genet. 2022. Vol. 38, No. 7. P. 676–707. doi: 10.1016/j.tig.2022.03.010
  6. Hervouet E., Peixoto P., Delage-Mourroux R. et al. Specific or not specific recruitment of DNMTs for DNA methylation, an epigenetic dilemma // Clin. Epigenetics. 2018. Vol. 10. P. 17. doi: 10.1186/s13148-018-0450-y
  7. Mizuno S., Chijiwa T., Okamura T. et al. Expression of DNA methyltransferases DNMT1, 3A, and 3B in normal hematopoiesis and in acute and chronic myelogenous leukemia // Blood. 2001. Vol. 97, No. 5. P. 1172–1179. doi: 10.1182/blood.v97.5.1172
  8. Wong K.K., Lawrie C.H., Green T.M. Oncogenic roles and inhibitors of DNMT1, DNMT3A, and DNMT3B in acute myeloid leukaemia // Biomark. Insights. 2019. Vol. 14. P. 1177271919846454. doi: 10.1177/1177271919846454
  9. Zhang T.J., Zhang L.C., Xu Z.J., Zhou J.D. Expression and prognosis analysis of DNMT family in acute myeloid leukemia // Aging (Albany NY). 2020. Vol. 12, No. 14. P. 14677–14690. doi: 10.18632/aging.103520
  10. Grossi E., Stoccoro A., Tannorella P. et al. Artificial neural networks link one-carbon metabolism to gene-promoter methylation in Alzheimer’s disease // J. Alzheimers Dis. 2016. Vol. 53, No. 4. P. 1517–1522. doi: 10.3233/JAD-160210
  11. Mohd Murshid N., Aminullah Lubis F., Makpol S. Epigenetic changes and its intervention in age-related neurodegenerative diseases // Cell. Mol. Neurobiol. 2022. Vol. 42, No. 3. P. 577–595. doi: 10.1007/s10571-020-00979-z
  12. Younesian S., Yousefi A.M., Momeny M. et al. The DNA methylation in neurological diseases // Cells. 2022. Vol. 11, No. 21. P. 3439. doi: 10.3390/cells11213439
  13. Hartung T., Rhein M., Kalmbach N. et al. Methylation and expression of mutant FUS in motor neurons differentiated from induced pluripotent stem cells from ALS patients // Front. Cell Dev. Biol. 2021. Vol. 9. P. 774751. doi: 10.3389/fcell.2021.774751
  14. Compston A., Coles A. Multiple sclerosis // Lancet. 2008. Vol. 372, No. 9648. P. 1502–1517. doi: 10.1016/S0140-6736(08)61620-7
  15. Calabrese R., Zampieri M., Mechelli R. et al. Methylation-dependent PAD2 upregulation in multiple sclerosis peripheral blood // Mult. Scler. 2012. Vol. 18, No. 3. P. 299–304. doi: 10.1177/1352458511421055
  16. Zheleznyakova G.Y., Piket E., Marabita F. et al. Epigenetic research in multiple sclerosis: progress, challenges, and opportunities // Physiol. Genomics. 2017. Vol. 49, No. 9. P. 447–461. doi: 10.1152/physiolgenomics.00060.2017
  17. Ruhrmann S., Ewing E., Piket E. et al. Hypermethylation of MIR21 in CD4+ T cells from patients with relapsing-remitting multiple sclerosis associates with lower miRNA-21 levels and concomitant up-regulation of its target genes // Mult. Scler. 2018. Vol. 24, No. 10. P. 1288–1300. doi: 10.1177/1352458517721356
  18. Garcia-Manteiga J.M., Clarelli F., Bonfiglio S. et al. Identification of differential DNA methylation associated with multiple sclerosis: A family-based study // J. Neuroimmunol. 2021. Vol. 356. P. 577600. doi: 10.1016/j.jneuroim.2021.577600
  19. Calabrese R., Valentini E., Ciccarone F. et al. TET2 gene expression and 5-hydroxymethylcytosine level in multiple sclerosis peripheral blood cells // Biochim. Biophys. Acta. 2014. Vol. 1842, No. 7. P. 1130–1136. doi: 10.1016/j.bbadis.2014.04.010
  20. Friso S., Choi S.W. Gene-nutrient interactions and DNA methylation // J. Nutr. 2002. Vol. 132, No. 8 Suppl. P. 2382S–2387S. doi: 10.1093/jn/132.8.2382S
  21. Clare C.E., Brassington A.H., Kwong W.Y., Sinclair K.D. One-carbon metabolism: Linking nutritional biochemistry to epigenetic programming of long-term development // Annu. Rev. Anim. Biosci. 2019. Vol. 7. P. 263–287. doi: 10.1146/annurev-animal-020518-115206
  22. Mentch S.J., Locasale J.W. One-carbon metabolism and epigenetics: understanding the specificity // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2016. Vol. 1363, No. 1. P. 91–98. doi: 10.1111/nyas.12956
  23. Ponnaluri V.K.C., Estève P.O., Ruse C.I., Pradhan S. S-adenosylhomocysteine hydrolase participates in DNA methylation inheritance // J. Mol. Biol. 2018. Vol. 430, No. 14. P. 2051–2065. doi: 10.1016/j.jmb.2018.05.014
  24. Polman C.H., Reingold S.C., Edan G. et al. Diagnostic criteria for multiple sclerosis: 2005 revisions to the “McDonald Criteria” // Ann. Neurol. 2005. Vol. 58, No. 6. P. 840–846. doi: 10.1002/ana.20703
  25. Usarek E., Barańczyk-Kuźma A., Kaźmierczak B. et al. Validation of qPCR reference genes in lymphocytes from patients with amyotrophic lateral sclerosis // PLoS One. 2017. Vol. 12, No. 3. P. e0174317. doi: 10.1371/journal.pone.0174317
  26. Migheli F., Stoccoro A., Coppedè F. et al. Comparison study of MS-HRM and pyrosequencing techniques for quantification of APC and CDKN2A gene methylation // PLoS One. 2013. Vol. 8, No. 1. P. e52501. doi: 10.1371/journal.pone.0052501
  27. Wojdacz T.K., Dobrovic A., Hansen L.L. Methylation-sensitive high-resolution melting // Nat. Protoc. 2008. Vol. 3, No. 12. P. 1903–1908. doi: 10.1038/nprot.2008.191
  28. Wojdacz T.K., Hansen L.L., Dobrovic A. A new approach to primer design for the control of PCR bias in methylation studies // BMC Res. Notes. 2008. Vol. 1. P. 54. doi: 10.1186/1756-0500-1-54
  29. Coppedè F., Stoccoro A., Tannorella P., Migliore L. Plasma homocysteine and polymorphisms of genes involved in folate metabolism correlate with DNMT1 gene methylation levels // Metabolites. 2019. Vol. 9, No. 12. P. 298. doi: 10.3390/metabo9120298
  30. Tannorella P., Stoccoro A., Tognoni G. et al. Methylation analysis of multiple genes in blood DNA of Alzheimer’s disease and healthy individuals // Neurosci. Lett. 2015. Vol. 600. P. 143–147. doi: 10.1016/j.neulet.2015.06.009
  31. Samsø Mathiasen S., Bińkowski J., Kjeldsen T. et al. Methylation levels assessment with Methylation-Sensitive High-Resolution Melting (MS-HRM) // PLoS One. 2022. Vol. 17, No. 9. P. e0273058. doi: 10.1371/journal.pone.0273058
  32. Kiselev I.S., Kulakova O.G., Boyko A.N., Favorova O.O. DNA Methylation as an epigenetic mechanism in the development of multiple sclerosis // Acta Naturae. 2021. Vol. 13, No. 2. P. 45–57. doi: 10.32607/actanaturae.11043
  33. Mastronardi F.G., Noor A., Wood D.D. et al. Peptidyl argininedeiminase 2 CpG island in multiple sclerosis white matter is hypomethylated // J. Neurosci. Res. 2007. Vol. 85, No. 9. P. 2006–2016. doi: 10.1002/jnr.21329
  34. Castro K., Casaccia P. Epigenetic modifications in brain and immune cells of multiple sclerosis patients // Mult. Scler. 2018. Vol. 24, No. 1. P. 69–74. doi: 10.1177/1352458517737389
  35. Kular L., Ewing E., Needhamsen M. et al. DNA methylation changes in glial cells of the normal-appearing white matter in multiple sclerosis patients // Epigenetics. 2022. Vol. 17, No. 11. P. 1311–1330. doi: 10.1080/15592294.2021.2020436
  36. Wang X., Wang J., Yu Y. et al. Decitabine inhibits T cell proliferation via a novel TET2-dependent mechanism and exerts potent protective effect in mouse auto- and allo-immunity models // Oncotarget. 2017. Vol. 8, No. 34. P. 56802–56815. doi: 10.18632/oncotarget.18063
  37. Rasmi Y., Shokati A., Hassan A. et al. The role of DNA methylation in progression of neurological disorders and neurodegenerative diseases as well as the prospect of using DNA methylation inhibitors as therapeutic agents for such disorders // IBRO Neurosci. Rep. 2022. Vol. 14. P. 28–37. doi: 10.1016/j.ibneur.2022.12.002
  38. Kantor B., Tagliafierro L., Gu J. et al. Downregulation of SNCA expression by targeted editing of DNA methylation: a potential strategy for precision therapy in PD // Mol. Ther. 2018. Vol. 26, No. 11. P. 2638–2649. doi: 10.1016/j.ymthe.2018.08.019
  39. Fuso A., Nicolia V., Cavallaro R.A. et al. B-vitamin deprivation induces hyperhomocysteinemia and brain S-adenosylhomocysteine, depletes brain S-adenosylmethionine, and enhances PS1 and BACE expression and amyloid-beta deposition in mice // Mol. Cell. Neurosci. 2008. Vol. 37, No. 4. P. 731–746. doi: 10.1016/j.mcn.2007.12.018
  40. Fuso A., Nicolia V., Cavallaro R.A., Scarpa S. DNA methylase and demethylase activities are modulated by one-carbon metabolism in Alzheimer’s disease models // J. Nutr. Biochem. 2011. Vol. 22, No. 3. P. 242–251. doi: 10.1016/j.jnutbio.2010.01.010
  41. Weiner A.S., Boyarskikh U.A., Voronina E.N. et al. Methylenetetrahydrofolate reductase C677T and methionine synthase A2756G polymorphisms influence on leukocyte genomic DNA methylation level // Gene. 2014. Vol. 533, No. 1. P. 168–172. doi: 10.1016/j.gene.2013.09.098
  42. Ni G., Qin J., Chen Z. et al. Associations between genetic variation in one-carbon metabolism and leukocyte DNA methylation in valproate-treated patients with epilepsy // Clin. Nutr. 2018. Vol. 37, No. 1. P. 308–312. doi: 10.1016/j.clnu.2017.01.004
  43. Li W.X., Dai S.X., Zheng J.J. et al. Homocysteine metabolism gene polymorphisms (MTHFR C677T, MTHFR A1298C, MTR A2756G and MTRR A66G) jointly elevate the risk of folate deficiency // Nutrients. 2015. Vol. 7. P. 6670–6687. doi: 10.3390/nu7085303
  44. Raghubeer S., Matsha T.E. Methylenetetrahydrofolate (MTHFR), the one-carbon cycle, and cardiovascular risks // Nutrients. 2021. Vol. 13. P. 4562. doi: 10.3390/nu13124562
  45. Tsai M.Y., Bignell M., Yang F. et al. Polygenic influence on plasma homocysteine: association of two prevalent mutations, the 844ins68 of cystathionine beta-synthase and A(2756)G of methionine synthase, with lowered plasma homocysteine levels // Atherosclerosis. 2000. Vol. 149. P. 131–137. doi: 10.1016/s0021-9150(99)00297-x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение промоторной области DNMT1 и положение праймеров, использованных для амплификации участков промотора. Поперечные линии показывают положение CpG-динуклеотидов (двойные линии соответствуют участкам CGCG). Цифрами обозначены позиции на хромосоме для размещенной в банке данных NCBI последовательности NC_000019.10

Скачать (49KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение уровня экспрессии мРНК DNMT1 в периферических мононуклеарных клетках крови у пациентов с рассеянным склерозом (РС). Данные представлены в виде средних и ошибки среднего; * достоверные различия между группами по результатам апостериорного анализа, р < 0,05 (критерий Тьюки для неравных выборок)

Скачать (67KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Нормализованные кривые плавления для амплифицированных фрагментов промотора DNMT1. Синие линии соответствуют кривым плавления для калибровочных образцов с известным процентом метилирования; зеленая линия — кривая плавления для образца, полученного из опухолевой клеточной линии HeLa (рассчитанный процент метилирования 5,5 %); оранжевая линия — кривая плавления образца, полученного из мононуклеарных клеток периферической крови пациента с рассеянным склерозом (рассчитанный процент метилирования 1,15 %)

Скачать (271KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сочетанное влияние генотипов по полиморфизмам C677T гена MTHFR и A2756G гена MTR на уровень экспрессии DNMT1 у участников контрольной группы и пациентов с рассеянным склерозом

Скачать (94KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 74760 от 29.12.2018 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах