Cheminiai histonų, baltymų, padedančių supakuoti ir organizuoti DNR ląstelėse, pokyčiai atlieka pagrindinį vaidmenį nustatant, kokie genai bus nuosekliai aktyvuojami per visą gyvūno ar žmogaus gyvenimą. Ankstesni tyrimai atskleidė kai kuriuos cheminius histonų pokyčius, atsirandančius po to, kai šie baltymai buvo perkelti į ląstelę, ir tai gali padidinti žmonių jautrumą specifiniams sutrikimams ar ligoms.
Icahn medicinos mokyklos Sinajaus kalne tyrėjai neseniai nustatė tam tikrą histono potransliacinę modifikaciją, kuri yra susijusi su didesniu pelių jautrumu įvairių tipų stresui. Šis pakeitimas, aprašytas dokumente, paskelbtame m Neuronasyra 27-osios lizino aminorūgšties, esančios histono H3 baltyme, dar vadinamos H3K27me1, monometilinimas (metilo grupės pridėjimas).
„Dešimtmečius žinome, kad nepalanki patirtis „gąsdina“ mūsų smegenis ir daro įtaką mūsų reakcijai į įvairius stresorius,” Gydytoja Angelica Torres-Berrio, straipsnio bendraautorė, pasakojo „Medical Xpress“. „Tie „randai“, kurie yra analogija nurodant epigenetinius veiksnius, gali išlikti visą gyvenimą ir palengvinti arba užkirsti kelią tam tikro genų rinkinio ekspresijai.
„Šiame tyrime siekėme nustatyti, ar histono post-transliacinės modifikacijos, esminiai baltymai, lemiantys DNR prieinamumą ir genų pasirengimą ekspresijai, gali būti „epigenetiniai randai“, tarpininkaujantys neigiamam streso poveikiui.”
Dr. Torres-Berrio, Dr. Ericas J. Nestleris ir jų kolegos savo analizę sutelkė į branduolio accumbens (NAc) peles. Tai žinduolių smegenų sritis, kuri, kaip žinoma, prisideda prie nuotaikos reguliavimo, motyvacijos ir pažinimo kontrolės.
Ankstesni tyrimai parodė, kad kai kurios potransliacinės histono modifikacijos šiame regione gali padidinti kai kurių psichikos sutrikimų, įskaitant depresiją ir nerimą, išsivystymo riziką. Torres-Berrio, Nestler ir jų kolegos nusprendė nustatyti, kurios iš šimtų anksčiau nustatytų modifikacijų konkrečiai sukėlė didesnį jautrumą stresui.
„Sujungėme įvairius metodus nuo molekulinių tyrimų iki sudėtingų elgesio užduočių,” paaiškino Torresas-Berrio. „Pirma, naudojant masės spektrometriją, mes profiliavome šimtus histonų modifikacijų iš pelių, patyrusių lėtinio socialinio pralaimėjimo streso (ELS) arba pelių, anksčiau patyrusių ankstyvojo gyvenimo streso (ELS), NAc. Taikydami šį nešališką proteominį metodą nustatėme, kad H3K27me1 yra didžiausias šių dviejų pelių modelių jautrumo stresui kandidatas. Šie pokyčiai buvo selektyviai stebimi NAc D1 neuronuose.”
Ištyrę šimtus histonų modifikacijų pelių, patiriančių stresą, NAc, mokslininkai naudojo metodą, žinomą kaip CUT & RUN (skilimas po taikiniais ir atpalaidavimas naudojant nukleazę), kad atskleistų genus arba DNR segmentus, kurie sąveikavo su H3K27me1 modifikacija. Tai atskleidė, kad ši konkreti modifikacija jungiasi su genais, dalyvaujančiais jonų kanalų ir sinaptinių receptorių funkcijomis.
„Tada ištyrėme mechanizmą, galintį reguliuoti H3K27me1 sodrinimą, ir sutelkėme dėmesį į polikombinį represinį kompleksą-2 (PRC2), baltymų kompleksą, reguliuojantį 27 lizino (K27) metilinimą histone 3,” pasakė Torresas-Berrio. „Taigi, mes išmatavome EZH2, SUZ12 ir EED baltymų ir RNR ekspresiją CSDS jautriose pelėse. Tarp jų tik SUZ12 labai skyrėsi.”
Vėliau Torresas-Berrio, Nestleris ir jų kolegos bandė patvirtinti, ar baltymas SUZ12 prisidėjo prie H3K27me1 modifikacijos reguliavimo ir taip prisidėjo prie didesnio pelių jautrumo stresui. Norėdami tai padaryti, jie išreiškė šio baltymo funkcinį domeną (VEFS domeną) D1 neuronuose NAc – smegenų ląstelių klasėje, kuri atlieka pagrindinį vaidmenį ieškant malonumo ir skatinant atlygį.
„Šios eksperimentinės manipuliacijos pakako ne tik padidinti H3K27me1 gausą, bet ir pakeisti transkripcijos ir fiziologinius parašus NAc,” pasakė Torresas-Berrio. „Pažymėtina, kad dėl šios manipuliacijos pelės tapo labiau pažeidžiamos streso poveikiui. Jie demonstravo socialinį vengimą ir mažą motyvaciją bendrauti su kitomis pelėmis arba negalėjo pereiti nuo mokymosi strategijų, o tai yra nelanksčio elgesio požymiai.”
Šis neseniai atliktas tyrimas yra pirmasis, nustatantis esminę H3K27me1 funkciją pelių smegenyse, ypač reguliuojant streso pažeidžiamumą. Be to, mokslininkai atskleidė specifinius Nac genus, turinčius transkripcijos potencialą, kurį paveikė nenormalus šios histono modifikacijos sodrinimas.
„Nors histono posttransliacinės modifikacijos pripažįstamos svarbiais ilgalaikio streso poveikio tarpininkais, šios srities mokslininkai ilgą laiką sutelkė dėmesį į represinį ženklą H3K27me3 arba su stiprikliu susijusį ženklą H3K27ac, todėl kitos histonų modifikacijos liko visiškai neištirtos.” pasakė Torresas-Berrio.
„Dėl mūsų nešališko histono profiliavimo metodo nustatėme, kad H3K27me1 yra įprastas skirtingų pelės streso modelių pokytis. Ši išvada yra labai svarbi norint suprasti sudėtingą streso neurobiologiją, nes yra įrodymų, kad skirtingi streso modeliai gali sukelti kintamus, netgi priešingus, molekulinius pokyčius smegenyse, todėl sunku nustatyti unikalų mechanizmą.”
Naujausias Torreso-Berrio, Nestlerio ir jų kolegų darbas yra reikšmingas indėlis į streso ir jo pagrindinių neurobiologinių procesų tyrimą. Grupės nustatyta histono potransliacinė modifikacija netrukus gali tapti tolesnių tyrimų, tiriančių tiek gyvūnus, tiek žmones, akcentu.
„Prieš mūsų tyrimą mažai arba nieko nebuvo žinoma apie H3K27me1 funkciją smegenyse tiek vystymosi metu, tiek reaguojant į sudėtingą aplinką.” pridūrė Torresas-Berrio. „Taigi, kitas žingsnis yra ištirti, kaip H3K27me1 ir jo reguliavimo mechanizmas gali prisidėti prie geresnių depresijos ir su stresu susijusių sutrikimų gydymo būdų.”