Stresul din copilărie modifică epigenetica creierului, crescând sensibilitatea la stresul viitor
Experimentele realizate pe șoareci dezvăluie modul în care stresul din copilărie poate lăsa o amprentă epigenetică durabilă în circuitele cerebrale legate de dopamină, pregătind răspunsurile moleculare, neuronale și comportamentale la stresul din viața ulterioară.
Un studiu recent publicat în jurnalul Neuron a investigat dacă adversitatea din copilărie, cunoscută sub denumirea de „stres în copilărie” (ELS), poate activa mecanisme epigenetice care modulatează sensibilitatea durabilă la stresul ulterior, având relevanță potențială pentru vulnerabilitatea psihiatrică.
Datele studiului (modificările histonelor din zona tegmentală ventrală [VTA]) au fost obținute inițial prin spectrometrie de masă de înaltă performanță într-un model murin. Ulterior, au fost utilizate tehnici precum editarea epigenomului viral, profilarea transcriptomică, electrofiziologia patch-clamp și observații comportamentale pentru a clarifica rezultatele modificărilor epigenetice induse de ELS asupra răspunsurilor transcripționale, neurofiziologice și comportamentale legate de stres în perioada adultă.
Rezultatele studiului au arătat că ELS îmbogățește monometilarea histonei 3, lizină 4 (H3K4me1) și metiltransferaza H3K4 „SETD7” în VTA din creierul șoarecilor. De asemenea, studiul a stabilit că manipularea bidirecțională a Setd7 în șoarecii juvenili a arătat că îmbogățirea Setd7/H3K4me1 poate fi suficientă pentru a intensifica răspunsurile transcripționale, fiziologice și comportamentale la stresul din viața adultă, în timp ce knockdown-ul Setd7 a demonstrat necesitatea efectelor fiziologice și comportamentale cheie ale ELS.
Aceste descoperiri identifică un mecanism biologic prin care stresul din copilărie poate codifica sensibilitatea durabilă la stres și pot contribui la informarea cercetărilor viitoare asupra abordărilor de promovare a rezilienței în urma adversităților din copilărie.
Un număr tot mai mare de dovezi psihiatrică sugerează că adversitatea din copilărie reprezintă un factor major de risc ambiental pentru dezvoltarea depresiei, anxietății și tulburărilor de utilizare a substanțelor în viața ulterioară. Dovezile clinice și preclinice indică faptul că adversitatea din copilărie este asociată cu modificări durabile în circuitele neuronale de recompensă, în special în zona tegmentală ventrală (VTA) a creierului.
Dovezile corelaționale sugerează, de asemenea, că aceste circuite neuronale alterate pot pregăti indivizii să manifeste o sensibilitate crescută la stresori în perioada adultă. Din păcate, deși cercetările anterioare au identificat modificări latente ale expresiei genelor în circuitele mesocorticolimbice după stresul timpurie, dovezile cauzale pentru mecanismele precise la nivel cromatinic care mențin această memorie transcripțională au rămas neclare până acum.
Studiul de față a avut ca scop să abordeze această lacună neurobiologică și să informeze cercetările psihiatrică viitoare prin caracterizarea peisajului cromatinic al VTA după stresul din copilărie și prin determinarea dacă modificările epigenetice pregătesc sau îmbunătățesc sensibilitatea la stresul din viața adultă.
Cercetarea experimentală a fost realizată pe modele murine (șoareci C57BL/6J) de stres în copilărie (ELS), care au fost supuși unor perioade de separare maternală de 3-4 ore în zilele postnatale P10-P17 și au beneficiat de materiale de cuibărit reduse.
Modificările epigenetice rezultate în țesutul adult al VTA au fost mapate folosind spectrometria de masă lichidă-tandem (LC-MS/MS) pentru a cuantifica modificările histonelor individuale și combinate. Aceste analize au identificat H3K4me1 printre marcajele histonelor alterate, în timp ce analizele de exprimare genică ulterioare au identificat Setd7 ca o enzimă de modificare a histonelor semnificativ alterată.
Ulterior, studiul a izolat consecințele funcționale ale modificărilor SETD7 folosind vectori virali (AAV9) care au fost proiectați pentru supraexprimarea juvenile a Setd7 (Setd7-OE) sau pentru knockdown-ul mediat de ARN cu părți scurte (shRNA) al Setd7 (Setd7-KD). Este important de menționat că constructul de supraexprimare a utilizat un promotor ubiquitare și nu a fost specific pentru neuronii dopaminergici.
Consecințele acestor manipulări Setd7 au fost evaluate atât în șoareci C57BL/6J de sex masculin, cât și feminin, în trei domenii: 1. Secvențierea RNA în masă (RNA-seq) a fost utilizată pentru a urmări reactivitatea transcripțională la stresul social din viața adultă, 2. Electrofiziologia patch-clamp în întreaga celulă a fost folosită pentru a măsura excitația neuronilor dopaminergici din VTA și curenții activați de hiperpolarizare (Ih) după stresul variabil acut, și 3. Testarea comportamentală, care a inclus evaluări de interacțiune socială și testarea în câmp deschis, a fost realizată pentru a determina dacă supraexprimarea Setd7 ar putea imita sensibilitatea la stres asociată ELS și dacă knockdown-ul Setd7 ar putea reduce această sensibilitate.
Rezultatele LC-MS/MS au confirmat că ELS a alterat semnificativ dinamica cozii histonelor din VTA adult, modificând numeroase modificări ale histonelor, multe dintre acestea fiind asociate cu stări cromatinice permissive sau deschise, H3K4me1 fiind selectat pentru analiza mecanistică datorită asocierii sale cu cromatina deschisă sau pregătită și a modificării corespunzătoare a SETD7. Autorii au raportat că 75% din modificările histonelor au fost asociate cu stări cromatinice permissive, deschise, active, pregătite sau suspendate.
Screeningul expresiei genice concomitente a arătat că ARN-ul mesager (mRNA) Setd7 a fost crescut în țesutul adult VTA, în timp ce imunohistochimia a arătat o creștere a proteinei SETD7 nucleare în neuronii dopaminergici din VTA până în ziua postnatală P21 după ELS. Experimentele de manipulare a Setd7 au relevat că supraexprimarea Setd7 în șoarecii juvenili a crescut nivelurile VTA H3K4me1 cu 34% (P < 0.0001) și a augmentat reactivitatea transcripțională la stresul din viața adultă.
În mod specific, în controalele cu proteina verde fluorescentă (GFP) expuse la stresul adult, 72% din genele diferit exprimate au fost reglate negativ, în timp ce 94% din genele diferite între șoarecii Setd7-OE expuși la stresul adult și cei GFP expuși la stres adult au fost reglate pozitiv.
De asemenea, autorii au constatat că răspunsul transcripțional generat de Setd7-OE a fost diferit de cel observat anterior după ELS, sugerând că SETD7/H3K4me1 reprezintă doar o componentă a mecanismelor prin care ELS sensibilizează răspunsurile la stresul ulterior.
Experimente
