Эпигенетическое подавление промотора GAD1 может быть связано с шизофренией

21 ноября 2007 года. Сломавшийся в недрах электронного гаджета переключатель способен вас расстроить; в случае с шизофренией, подобное событие может пустить всю жизнь под откос. По данным исследования, опубликованного 17 октября в Journal of Neuroscience, эпигенетическая блокировка «переключателя» — промотора гена, кодирующего фермент, необходимый для синтеза нейромедиатора ГАМК, может составлять часть механизма шизофрении. Schahram Akbarian с коллегами из Медицинской Школы Массачусетского Университета в Вустере (University of Massachusetts Medical School in Worcester, UMMS) сообщают о том, что метилирование гистонных белков хроматина помогает контролировать нормальный процесс изменения экспрессии глутаматдекарбоксилазы по мере развития и старения мозга, и представляют свидетельства того, что этот процесс при болезни нарушен, особенно у женщин. Исследователи также сообщают о том, что с этим динамическим механизмом контроля экспрессии генов могут быть связаны некоторые аспекты действия клозапина.

Несколько цепочек расследования указывают на ГАМК-нарушения при шизофрении (ГАМК — гамма-аминомасляная кислота; см. текст на сайте SRF по этой теме; перевод), и особенно на сниженные уровни фермента GAD67 (ген GAD1), катализирующего распад глутамата до ГАМК. В обзоре 2006 года Akbarian и Hsien-Sung Huang, также исследователь из Университета Массачусетса, пишут (Akbarian and Huang, 2006): «Весомые свидетельства … показывают, что нарушение транскрипции GAD67 лежит в основе молекулярной патологии шизофрении и связанных с ней заболеваний, и поэтому дальнейший углубленный анализ транскрипционных механизмов, связанных с GAD67, сулит новое понимание нейробиологии психоза». В своем новом исследовании, даже целой серии исследований, они взялись за задачу провести этот анализ.

Эпигенетические процессы позволяют клеткам с одинаковой последовательностью ДНК развиваться по-разному, не затрагивая сам генетический код. Теоретически, эти процессы могут быть обратимы, что сулит заманчивую возможность разработки новых лекарств (см., например, Petronis 2004 и текст на связанную тему в SRF). Из нескольких вариантов эпигенетического регулирования степени транскрипции, непосредственное метилирование ДНК вызывает наибольшее внимание исследователей психических заболеваний, в особенности ученых из группы под руководством Эрминио Коста и Алессандро Гуидотти из Университета штата Иллинойс, Чикаго (Costa et al., 2006).

На этот раз Akbarian и первый автор Huang сосредоточили свои силы на изучении метилирования гистонов. Гистоны представляют собой белковые «катушки», на которые наматывается ДНК; вкупе с другими поддерживающими белками они образуют хроматин. Присоединяясь к гистонам, метильные группы способны влиять на доступ и считывание генов транскрипционными механизмами.

Акбарян и коллеги начали с изучения посмертных тканей мозга 55 психически здоровых людей с намерением оценить изменение экспрессии, происходящее в префронтальном кортексе от внутриутробного периода до старости. Они обнаружили, что уровни мРНК, ассоциированные с геном GAD1 и в меньшей степени — с GAD2, кодирующим фермент GAD65 (также участвующий в синтезе ГАМК), растут по мере развития плода и продолжают повышаться приблизительно до пубертатного возраста. После этого, мРНК-уровни GAD1 и GAD2 стабилизируются либо немного снижаются.

Параллельно этим возрастным изменениям усиливается метилирование гистона H3-lysine 4 (H3K4) на сайте GAD1 и других ГАМК-связанных генетических сайтах (GAD2, NPY\нейропептид Y, SST\соматостатин). В частности, присоединение трех метильных групп, ведущее к образованию метилированного гистона H3K4me3, отражает активность транскрипции. Исследование позволяет предположить, что уровни H3K4me3 на промоторе GAD1, а также на других ГАМК-связанных сайтах, повышаются в несколько раз по мере перехода от внутриутробного развития к детскому возрасту и от детского возраста ко взрослому.

Заметив эти изменения, исследователи задумались — что может контролировать степень метилирования гистонов на сайте GAD1. В числе различных транскриптов, кодирующих ферменты с метилтранферазной активностью на H3K4, лишь mixed-lineage leukemia 1 (MLL1) был обильно экспрессирован и в префронтальной коре мозга взрослого человека, и в кортексе мыши. Более того, у мышей, гетерозиготных по усечённой MLL1 аллели, на ГАМК-связанных промоторах обнаруживалось меньше H3K4me3.

Как пишут Акбарян и коллеги, «Наша работа свидетельствует о поразительных изменениях хроматиновой структуры, протекающих в префронтальной коре в период, простирающийся от пренатального до перипубертатного возраста. Вдобавок, на некоторых генетических локусах, включая GAD1, этот процесс продолжается и за гранью достижения взрослого возраста, до самой старости.» Они считают, что понимание этих изменений может открыть новые возможности для лучшего осознания нарушений, происходящих при шизофрении.

Нарушения при шизофрении?
Продолжив исследование, ученые провели анализ паттернов метилирования и уровней мРНК в посмертных тканях у 36 больных и подобранных по демографическим показателям контрольных субъектов. Для GAD2 разницы не было обнаружено. Напротив, у больных шизофренией женщин (но не у мужчин) был отмечен дефицит мРНК GAD1 и уровней H3K4me3, связанных с GAD1. Исследователи также сообщили о наличии статистической ассоциации этих маркеров с возрастом начала болезни: сниженные уровни мРНК GAD1 и GAD1 H3K4me3 коррелировали с более поздним возрастом дебюта (возможно, тут опечатка — прим.пер.).

Наконец, исследователи провели связь между снижением префронтальных уровней GAD H3K4me3\GAD мРНК и гаплотипом на 5′-окончании сайта GAD1 в локусе, который уже был ассоциирован с риском шизофрении в литературе. Они пишут: «Мы заключаем, что генетические полиморфизмы в районе проксимального промотора GAD1 играют важную роль в изменении хроматина и транскрипционной дерегуляции у больных шизофренией.»

Исследования говорят о том, что антипсихотики увеличивают экспрессию GAD1 в коре грызунов, и Акбарян с коллегами предположили, что механизмом здесь может выступать реконфигурация структуры хроматина. Для проверки своего предположения, они на протяжении 21 дня вводили группам мышей клозапин и галоперидол. Считается, что клозапин, являясь атипичным антипсихотиком, лучше воздействует на когнитивные симптомы, нежели типичный антипсихотик галоперидол. Он также более эффективно нормализует синхронную работу нейронов префронтальной коры (см.текст на эту тему от SRF; перевод).

Клозапин, но не галоперидол, втрое увеличил количество GAD1-ассоциированных метилированных H3K4me3 гистонов в коре мозга мыши. Он также повысил экспрессию мРНК MLL1. Затем исследователи сравнили посмертные образцы тканей префронтального кортекса девяти пациентов с шизофренией, получавших перед смертью клозапин, с демографически подобранными образцами тканей пациентов, получавших типичные антипсихотики. Исключительно в группе получавших клозапин было отмечено удвоение количества H3K4me3 на сайте GAD1. «В совокупности данные исследований на животных и анализы тканей человека поддерживают идею о том, что клозапин позитивно регулирует MLL1-опосредованное метилирование гистонов в локусе GAD1», — пишут Акбарян и соавторы. Следует однако указать на то, что в образцах, взятых у получавших клозапин пациентов, не было обнаружено повышения экспрессии мРНК GAD1. Исследователи отдельно обсуждают этот ограничивающий фактор.

Задачей будущих исследований будет развитие темы хроматиновой реконфигурации ГАМК-связанных генных сайтов при нормальном развитии и старении, а также проверка изложенных выше предварительных данных о роли этих процессов при шизофрении и их связи с механизмом действия антипсихотических медикаментов. Виктория Уилкокс, Хакон Хеймер (Victoria L. Wilcox and Hakon Heimer), сайт schizophreniaforum.org.

Ссылки, публикации:
Huang H-S, Matevossian A, Whittle C, Kim SY, Schumacher A, Baker SP, Akbarian S. Prefrontal dysfunction in schizophrenia involves mixed-lineage leukemia 1-regulated histone methylation at GABAergic gene promoters. J Neurosci. 2007 Oct 17; 27(42):11254-11262. (Abstract)

Перевод CopperKettle

Оставить ответ