Hemijske promene histona, proteina koji pomažu da se pakuje i organizuje DNK unutar ćelija, igraju ključnu ulogu u određivanju koji će geni biti dosledno aktivirani tokom života životinje ili čoveka. Prethodne studije su bacile svetlo na neke hemijske promene histona koje se javljaju nakon što su ovi proteini prevedeni u ćeliju što bi moglo povećati podložnost ljudi određenim poremećajima ili bolestima.
Istraživači na Icahn School of Medicine na Mount Sinai nedavno su identifikovali određenu post-translacionu modifikaciju histona koja je povezana sa većom podložnošću različitim vrstama stresa kod miševa. Ova modifikacija, opisana u radu objavljenom u Neuronu, je monometilacija (dodatak metil grupe) 27. lizinske aminokiseline u proteinu histona H3, koji se takođe naziva H3K27me1.
„Decenijama smo znali da štetna iskustva „oštećuju“ naš mozak i utiču na to kako reagujemo na različite stresore“, rekla je za Medical Kspress dr Angelica Tores-Berrio, koautorka rada. „Ti ‘ožiljci’, koji služe kao analogija za upućivanje na epigenetske faktore, mogu opstati doživotno i olakšati ili sprečiti ekspresiju specifičnog skupa gena.
„U ovoj studiji, pokušali smo da utvrdimo da li post-translacione modifikacije histona, esencijalni proteini koji diktiraju dostupnost DNK i spremnost gena za ekspresiju, mogu poslužiti kao ‘epigenetski ožiljci’ koji posreduju u negativnim uticajima stresa.“
Dr Torres-Berrio, dr Eric J. Nestler i njihove kolege su posebno fokusirali svoje analize na nucleus accumbens (NAc) miševe. Ovo je region u mozgu sisara za koji se zna da doprinosi regulaciji raspoloženja, motivaciji i kognitivnoj kontroli.
Prethodne studije su otkrile da neke post-translacione modifikacije histona u ovom regionu mogu povećati rizik od razvoja nekih psihijatrijskih poremećaja, uključujući depresiju i anksioznost. Tores-Berrio, Nestler i njihove kolege su odlučili da utvrde koje su modifikacije, među stotinama identifikovanih u prošlosti, posebno posredovale u većoj podložnosti stresu.
„Kombinovali smo različite tehnike koje se kreću od molekularnih testova do složenih zadataka ponašanja“, objasnio je Tores-Berio. „Prvo smo profilisali stotine modifikacija histona iz NAc miševa izloženih hroničnom stresu od socijalnog poraza (ELS) ili miševa koji su prethodno bili izloženi stresu u ranom životu (ELS), koristeći masenu spektrometriju. Kroz ovaj nepristrasni proteomski pristup, identifikovali smo H3K27me1 kao glavni kandidat za osetljivost na stres u ova dva modela miša. Ove promene su selektivno primećene u D1 neuronima NAc.
Nakon profilisanja stotina modifikacija histona u NAc miševa izloženih stresu, istraživači su koristili tehniku poznatu kao CUT & RUN (cepanje ispod mete i oslobađanje pomoću nukleaze) da bi otkrili gene ili segmente DNK koji su interagovali sa modifikacijom H3K27me1. Ovo je otkrilo da se ova posebna modifikacija vezuje za gene uključene u funkciju jonskih kanala i sinaptičkih receptora.
„Potom smo istražili mehanizam koji bi mogao da reguliše obogaćivanje H3K27me1 i fokusirali se na polikomb represivni kompleks-2 (PRC2), proteinski kompleks koji reguliše metilaciju na lizinu 27 (K27) na histonu 3“, rekao je Torres-Berrio. „Dakle, izmerili smo EZH2, SUZ12 i EED protein i RNK ekspresiju kod miševa osetljivih na CSDS. Među njima, samo SUZ12 je bio značajno drugačiji.“
Torres-Berrio, Nestler i njihove kolege su naknadno pokušali da potvrde da li je protein SUZ12 doprineo regulisanju modifikacije H3K27me1 i na taj način igrao ulogu u davanju veće osetljivosti na stres kod miševa. Da bi to uradili, oni su izrazili funkcionalni domen (VEFS-domen) ovog proteina u D1 neuronima u NAc, klasi moždanih ćelija koje igraju ključnu ulogu u ponašanju koje traži zadovoljstvo i motivisano nagradom.
„Ova eksperimentalna manipulacija je bila dovoljna ne samo da poveća obilje H3K27me1, već i da promeni transkripcione i fiziološke potpise u NAc“, rekao je Torres-Berrio. „Zanimljivo je da je ova manipulacija učinila miševe ranjivijim na efekte stresa. Pokazali su društveno izbegavanje i nisku motivaciju za interakciju sa drugim miševima ili nisu bili u stanju da pređu sa jedne strategije učenja na drugu, što je znak nefleksibilnog ponašanja.“
Ova nedavna studija je prva koja je utvrdila ključnu funkciju H3K27me1 u mozgu miša, posebno u regulaciji ranjivosti na stres. Štaviše, istraživači su otkrili specifične gene u Nac-u sa transkripcionim potencijalom na koji utiče aberantno obogaćivanje ove histonske modifikacije.
„Dok se posttranslacione modifikacije histona prepoznaju kao važni posrednici produženih efekata stresa, istraživači na terenu su se dugo fokusirali na represivnu oznaku H3K27me3 ili oznaku povezanu sa pojačivačem H3K27ac, ostavljajući druge modifikacije histona potpuno nedovoljno proučavanim“, rekao je Torres-Berrio.
„Zahvaljujući našem nepristrasnom pristupu profiliranju histona, otkrili smo da je H3K27me1 uobičajena izmjena u različitim modelima stresa kod miša. Ovaj nalaz je kritičan za naše razumijevanje kompleksne neurobiologije stresa jer postoje dokazi da različiti modeli stresa mogu izazvati promjenjive, čak i suprotno, molekularne promene u mozgu, što otežava određivanje jedinstvenog mehanizma.“
Nedavni rad Tores-Berria, Nestlera i njihovih kolega značajan je doprinos proučavanju stresa i njegovih neurobioloških procesa. Posttranslaciona modifikacija histona koju je identifikovao tim uskoro bi mogla postati fokus daljih istraživačkih studija koje ispituju i životinje i ljude.
„Pre naše studije, malo ili ništa se nije znalo o funkciji H3K27me1 u mozgu, bilo tokom razvoja ili kao odgovor na izazovna okruženja“, dodao je Tores-Berio. „Dakle, sledeći korak je istraživanje kako H3K27me1 i njegov regulatorni mehanizam mogu doprineti razvoju boljih tretmana za depresiju i poremećaje povezane sa stresom.“
