Влияние эпигенетической регуляции на развитие многофакторных болезней

Обложка


Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Многофакторные заболевания представляют в настоящее время растущую проблему здравоохранения во всем мире из-за резкого увеличения их распространенности, высокой смертности и инвалидизации трудоспособного населения. Активное изучение этих заболеваний для ранней диагностики, профилактики и адекватного лечения выявило решающее значение эпигенетических изменений, способных приводить к аномальной экспрессии генов, без изменения первичной последовательности ДНК. В статье коротко изложены основные эпигенетические механизмы регуляции экспрессии генов (метилирование ДНК, посттрансляционная модификация гистонов, влияние некодирующих микроРНК на «замалчивание» генов). Эпигенетические факторы являются связующим звеном между геномом и воздействием окружающей среды. Известен существенный вклад факторов риска окружающей среды, определяемых образом жизни, поведением, экологическими воздействиями, психоэмоциональными нагрузками, влияющий на фенотипические проявления заболеваний и здоровье человека. Обратимость эпигенетических механизмов, регулирующих экспрессию определенных генов, может формировать как положительные, так и отрицательные для здоровья ответы организма. Продолжающееся развитие новых технологий делает эпигенетику перспективным направлением для функциональных исследований с возможностью эффективно изменять терапевтический подход к лечению заболеваний.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Наталья Васильевна Вохмянина

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова

Email: spbnat@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7162-9362
SPIN-код: 7414-4257

д-р мед. наук, профессор

Россия, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41

Наталья Эриковна Голованова

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nesh1764@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9286-8787
SPIN-код: 9598-4184

канд. биол. наук, доцент

Россия, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Бичурин Д.Р., Атмайкина О.В., Черепанова О.А. Сердечно-сосудистые заболевания. Региональный аспект // Международный научно-исследовательский журнал. 2023. № 8(134). C. 116. EDN: JMQBSO doi: 10.23670/IRJ.2023.134.103
  2. Баранов В.С., Баранова Е.В. Геном человека, эпигенетика многофакторных болезней и персонифицированная медицина // Биосфера. 2012. Т. 4, № 1. С. 76–85. EDN: OWKFFD
  3. Дедов И.И., Шестакова М.В., Викулова О.К., и др. Сахарный диабет в Российской Федерации: динамика эпидемиологических показателей по данным Федерального регистра сахарного диабета за период 2010–2022 гг. // Сахарный диабет. 2023. Т. 26, № 2. С. 104–123. EDN: DVDJWJ doi: 10.14341/DM13035
  4. Ротарь О.П., Ильянова И.Н., Бояринова М.А., и др. Результаты Всероссийского скрининга артериальной гипертензии 2023 // Российский кардиологический журнал. 2024. Т. 29, № 5. С. 78–88. EDN: EMCJRB doi: 10.15829/1560-4071-2024-5931
  5. Уточкин Ю.А., Лобанова Ю.И., Якшина А.Д. Сердечно-сосудистые заболевания в России: обзор статистики // Наука через призму времени. 2024. № 1(82). С. 61–63. EDN: ZHZDCD
  6. Singh P., Arora A., Strand T.A., et al. Global prevalence of celiac disease: systematic review and meta-analysis // Clin Gastroenterol Hepatol. 2018. Vol. 16, N 6. P. 823–836. doi: 10.1016/j.cgh.2017.06.037
  7. Баранов В.С. Новое в патогенетике мультифакторных заболеваний на примере главных акушерских синдромов: эндометриоза, миомы матки и гестоза // Патогенез. 2017. Т. 15, № 3. С. 4–11. EDN: ZWOHQP doi: 10.25557/GM.2017.3.8492
  8. Глотов О.С., Чернов А.Н., Глотов А.С. Секвенирование экзома человека и перспективы предиктивной медицины: анализ международных данных и собственный опыт // Журнал персонализированной медицины. 2023. Т. 13, № 8. С. 1236. doi: 10.3390/jpm13081236
  9. Пузырев В.П. Многофакторные заболевания. Наследственные болезни: национальное руководство / под ред. Н.П. Бочкова, Е.К. Гинтера, В.П. Пузырева. Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2013. С. 610–660.
  10. Инге-Вечтомов С.Г., Борхсениус А.С., Задорский С.П. Белковая наследственность: конформационные матрицы и эпигенетика // Информационный вестник ВОГИС. 2004. Т. 8, № 29. С. 60–66. EDN: HRSMBJ
  11. Инге-Вечтомов С.Г. Проблема изменчивости. Феноменология и механизмы // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17, № 4/2. С. 791–804. EDN: RVGWIP
  12. Пальцев М.А. Медицина будущего. Персонализированная медицина: опыт прошлого, реалии завтрашнего дня. Москва: Российская академия наук, 2020. 152 с. EDN: RRCGRM
  13. Белушкина Н.Н., Чемезов А.С., Пальцев М.А. Генетические исследования мультифакториальных заболеваний в концепции персонализированной медицины // Профилактическая медицина. 2019. Т. 22, № 3. С. 26–30. EDN: NSNEAG doi: 10.17116/profmed20192203126
  14. Романовская Т.В. Эпигенетика: электронный учебно-методический комплекс для специальности 1-3180 01 «Биология». Минск: БГУ, 2022. 88 c.
  15. Смирнов В.В., Леонов Г.Е. Эпигенетика: теоретические аспекты и практическое значение // Лечащий врач. 2016. № 12. С. 26–30. EDN: XWQGNT
  16. Georgiev G.P. Mobile genetic elements in animal cells and their biological significance // Eur J Biochem. 1984. Vol. 145, N 2. P. 203–220. doi: 10.1111/j.1432-1033.1984.tb08541.x
  17. Xuan D., Han Q., Tu Q., et al. Epigenetic modulation in periodontitis: interaction of adiponectin and JMJD3-IRF4 axis in macrophages // J Cell Physiol. 2016. Vol. 231, N 5. P. 1090–1096. doi: 10.1002/jcp.25201
  18. Stamp M.A., Hadfield J.D. The relative importance of plasticity versus genetic differentiation in explaining between population differences; a meta-analysis // Ecol Lett. 2020. Vol. 23, N 10. P. 1432–1441. doi: 10.1111/ele.13565
  19. Киселев В.И. Эпигенетика открывает колоссальные терапевтические и диагностические возможности // Национальная онкологическая программа – 2030. 2022. № 1. С. 30–33.
  20. Oppermann U. Why is epigenetics important in understanding the pathogenesis of inflammatory musculoskeletal diseases? // Arthritis Res Ther. 2013. Vol. 15, N 2. P. 209. doi: 10.1186/ar4186
  21. Ванюшин Б.Ф. Метилирование ДНК и эпигенетика // Генетика. 2006. Т. 42, № 9. С. 1186–1199. EDN: IASUGR
  22. Kumar S., Chinnusamy V., Mohapatra T. Epigenetics of modified DNA bases: 5-methylcytosine and beyond // Front Genet. 2018. Vol. 9. P. 640. doi: 10.3389/fgene.2018.00640
  23. Mattei A.L., Bailly N., Meissner A. DNA methylation: A historical perspective // Trends Genet. 2022. Vol. 38, N 7. P. 676–707. doi: 10.1016/j.tig.2022.03.010
  24. Fleming A.M., Burrows C.J. DNA modifications walk a fine line between epigenetics and mutagenesis // Nat Rev Mol Cell Biol. 2023. Vol. 24. P. 449–450. doi: 10.1038/s41580-023-00590-2
  25. Zhu D., Zeng S., Su C., et al. The interaction between DNA methylation and tumor immune microenvironment: from the laboratory to clinical applications // Clin Epigenet. 2024. Vol. 16, N 1. P. e24. doi: 10.1186/s13148-024-01633-x
  26. Ilango S., Paital B., Jayachandran P., et al. Epigenetic alterations in cancer // Front Biosci (Landmark Ed). 2020. Vol. 25, N 6. P. 1058–1109. doi: 10.2741/4847
  27. Frommer M., McDonald L.E., Millar D.S., et al. A genomic sequencing protocol that yields a positive display of 5-methylcytosine residues in individual DNA strands // Proc Natl Acad Sci USA. 1992. Vol. 89, N 5. P. 1827–1831. doi: 10.1073/pnas.89.5.1827
  28. Zaina S., Heyn H., Carmona F.J., et al. DNA methylation map of human atherosclerosis // Circ Cardiovasc Genet. 2014. Vol. 7, N 5. P. 692–700. doi: 10.1161/CIRCGENETICS.113.000441
  29. Soler-Botija C., Gálvez-Montón C., Bayés-Genís A. Epigenetic biomarkers in cardiovascular diseases // Front Genet. 2019. Vol. 10. P. 950. doi: 10.3389/fgene.2019.00950
  30. Wang X., Teng X., Luo Ch., Kong L. Mechanisms and advances of epigenetic regulation in cardiovascular disease // Front Biosci (Landmark Ed). 2024. Vol. 29, N 6. P. 205. doi: 10.31083/j.fbl2906205
  31. Shi Y., Zhang H., Huang S., et al. Epigenetic regulation in cardiovascular disease: mechanisms and advances in clinical trials // Signal Transduct Target Ther. 2022. Vol. 7, N 1. P. 200. doi: 10.1038/s41392-022-01055-2
  32. Westerman K., Sebastiani P., Jacques P., et al. DNA methylation modules associate with incident cardiovascular disease and cumulative risk factor exposure // Clin Epigenet. 2019. Vol. 11, N 1. P. 142. doi: 10.1186/s13148-019-0705-2
  33. Madsen A., Höppner G., Krause J., et al. An Important Role for DNMT3A-Mediated DNA methylation in cardiomyocyte metabolism and contractility // Circulation. 2020. Vol. 142, N 16. P. 1562–1578. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.044444
  34. Strahl B.D., Allis C.D. The language of covalent histone modifications // Nature. 2000. Vol. 403, N 6765. P. 41–45. doi: 10.1038/47412
  35. Hyun K., Jeon J., Park K., Kim J. Writing, erasing and reading histone lysine methylations // Exp Mol Med. 2017. Vol. 49, N 4. P. 324. doi: 10.1038/emm.2017.11
  36. Shahid Z., Simpson B., Miao K.H., Singh G. Genetics, Histone Code. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024.
  37. Fan S., Zhang M.Q., Zhang X. Histone methylation marks play important roles in predicting the methylation status of CpG islands // Biochem Biophys Res Commun. 2008. Vol. 374, N 3. P. 559–564. doi: 10.1016/j.bbrc.2008.07.077
  38. Cedar H., Bergman Y. Linking DNA methylation and histone modification: patterns and paradigms // Nat Rev Genet. 2009. Vol. 10, N 5. P. 295–304. doi: 10.1038/nrg2540
  39. Кучер А.Н., Назаренко М.С. Эпигенетика кардиомиопатий: модификации гистонов и метилирование ДНК // Генетика. 2023. Т. 59, № 3. C. 266–282. EDN: IPXZDH doi: 10.31857/S0016675823030086
  40. Liu R., Wu J., Guo H., et al. Post-translational modifications of histones: Mechanisms, biological functions, and therapeutic targets // MedComm (2020). 2023. Vol. 4, N 3. P. 292. doi: 10.1002/mco2.292
  41. Song J.S., Kim Y.S., Kim D.K., et al. Global histone modification pattern associated with recurrence and disease-free survival in non-small cell lung cancer patients // Pathol Int. 2012. Vol. 62, N 3. P. 182–190. doi: 10.1111/j.1440-1827.2011.02776.x
  42. Berger L., Kolben T., Meister S., et al. Expression of H3K4me3 and H3K9ac in breast cancer // J Cancer Res Clin Oncol. 2020. Vol. 146, N 8. P. 2017–2027. doi: 10.1007/s00432-020-03265-z
  43. Day C.A., Hinchcliffe E.H., Robinson J.P. H3K27me3 in diffuse midline glioma and epithelial ovarian cancer: opposing epigenetic changes leading to the same poor outcomes // Cells. 2022. Vol. 11, N 21. P. 3376. doi: 10.3390/cells11213376
  44. Monaghan L., Massett M.E., Bunschoten R.P., et al. The emerging role of H3K9me3 as a potential therapeutic target in acute myeloid leukemia // Front Oncol. 2019. Vol. 2, N 9. P. 705. doi: 10.3389/fonc.2019.00705
  45. Рябчиков Д.А., Воротников И.К., Талипов О.А., и др. МикроРНК и их роль в патогенезе и диагностике рака молочной железы // Медицинский алфавит. 2020. № 8. С. 12–15. EDN: UXTTUF doi: 10.33667/2078-5631-2020-8-12-15
  46. Yao Q., Chen Y., Zhou X. The roles of microRNAs in epigenetic regulation // Curr Opin Chem Biol. 2019. Vol. 51. P. 11–17. doi: 10.1016/j.cbpa.2019.01.024
  47. Kumar S., Gonzalez E.A., Rameshwar P., Etchegaray J.P. Non-coding RNAs as mediators of epigenetic changes in malignancies // Cancers (Basel). 2020. Vol. 12, N 12. P. 3657. doi: 10.3390/cancers12123657
  48. Ratti M., Lampis A., Ghidini M., et al. MicroRNAs (miRNAs) and long non-coding RNAs (lncRNAs) as new tools for cancer therapy: first steps from bench to bedside // Target Oncol. 2020. Vol. 15, N 3. P. 261–278. doi: 10.1007/s11523-020-00717-x
  49. Nalbant E., Akkaya-Ulum Y.Z. Exploring regulatory mechanisms on miRNAs and their implications in inflammation-related diseases // Clin Exp Med. 2024. Vol. 24, N 1. P. 142. doi: 10.1007/s10238-024-01334-y
  50. Poddar S., Kesharwani D., Datta M. Interplay between the miRNome and the epigenetic machinery: Implications in health and disease // J Cell Physiol. 2017. Vol. 232, N 11. P. 2938–2945. doi: 10.1002/jcp.25819
  51. Farsetti A., Illi B., Gaetano C. How epigenetics impacts on hum an diseases // Eur J Int Med. 2023. Vol. 114. P. 15–22. doi: 10.1016/j.ejim.2023.05.036
  52. Abdul Q.A., Yu B.P., Chung H.Y., et al. Epigenetic modifications of gene expression by lifestyle and environment // Arch Pharm Res. 2017. Vol. 40, N 11. P. 1219–1237. doi: 10.1007/s12272-017-0973-3
  53. Wu H., Eckhardt C.M., Baccarelli A.A. Molecular mechanisms of environmental exposures and human disease // Nat Rev Genet. 2023. Vol. 24, N 5. P. 332–344. doi: 10.1038/s41576-022-00569-3
  54. Skinner M.K. Epigenetic biomarkers for disease susceptibility and preventative medicine // Cell Metab. 2024. Vol. 36, N 2. P. 263–277. doi: 10.1016/j.cmet.2023.11.015
  55. Becker N., Prasad-Shreckengast S., Byosiere S.E. Methodological challenges in the assessment of dogs’ (Canis lupus familiaris) susceptibility of the Ebbinghaus-Titchener illusion using the spontaneous choice task // Animal Behav Cogn. 2021. Vol. 8, N 2. P. 138–151. doi: 10.26451/abc.08.02.04.2021
  56. Liu S., Lam M.A., Sial A., et al. Fluid outflow in the rat spinal cord: the role of perivascular and paravascular pathways // Fluids Barriers CNS. 2018. Vol. 15. P. 13. doi: 10.1186/s12987-018-0098-1
  57. Gadd D.A., Hillary R.F., McCartney D.L., et al. Epigenetic scores for the circulating proteome as tools for disease prediction // Elife. 2022. Vol. 13, N 11. P. e71802. doi: 10.7554/eLife.71802
  58. Virolainen S.J., VonHandorf A., Viel K.C.M.F., et al. Gene-environment interactions and their impact on human health // Gene Immun. 2023. Vol. 24, N 1. P. 1–11. doi: 10.1038/s41435-022-00192-6
  59. Максименко Л.В. Эпигенетика как доказательная база влияния образа жизни на здоровье и болезни // Профилактическая медицина. 2019. Т. 22, № 2. С. 115–120. EDN: QHKMXX doi: 10.17116/profmed201922021115
  60. García-Giménez J.L., Seco-Cervera M., Tollefsbol T.O., et al. Epigenetic biomarkers: Current strategies and future challenges for their use in the clinical laboratory // Crit Rev Clin Lab Sci. 2017. Vol. 54, N 7–8. P. 529–550. doi: 10.1080/10408363.2017.1410520

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2024


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 - 70763 от 21.08.2017 г.