Епігенетика в мозку людини - нейропсихофармакологія - нейропсихофармакологія 2021

Теми

Анотація

ВСТУП

БУДІВЕЛЬНІ БЛОКИ ЕПІГЕНОМУ

ДНК (гідрокси) -метилювання

Два взаємопов’язані, але функціонально дуже різні типи модифікацій ДНК, метилювання (m) та гідроксиметилювання (hm) цитозинів у динуклеотидах CpG, часто зустрічаються у збагачених CpG послідовностях (Kriaucionis та Heintz, 2009). Позначення mC5 та hmC5 демонструють надзвичайно різний розподіл, причому hmC5 в основному обмежується 5-кінцевим геном, рівні, як правило, корелюють із транскрипцією генів у цьому локусі (Jin et al, 2011; Song et al, 2011) . На відміну від них, лише крихітна частина (

людини

Повнорозмірне зображення

  • Завантажте слайд PowerPoint

Гістонові варіанти

На додаток до основних гістонів H2A/H2B/H3/H4, геноми метазоїв кодують варіанти гістонів, такі як H3.3, H2A.Z та H2A.X (рис. 1), які, на відміну від канонічних гістонів, підлягають тиражуванню. -незалежна експресія та складання (Woodcock, 2006), що суттєво впливає на стабільність та ущільнення нуклеосом (Jin and Felsenfeld, 2007). Як правило, вважають, що комплекси РНК-полімерази та активації та подовження транскрипції дестабілізують нуклеосоми, сприяючи ремоделюванню нуклеосом та включенню варіантних гістонів, які потім посилюють або стабілізують експресію генів (Bintu et al, 2011; Sutcliffe et al, 2009).

Епігенетика та транскрипційне регулювання (дис) при хворобі мозку людини. ПИТАННЯ "СПЕЦИФІЧНЕ"?

Повний розмір таблиці

  • Завантажте слайд PowerPoint

Повний розмір таблиці

  • Завантажте слайд PowerPoint

НАВЧАННЯ В "ПОСЛІДОВАННІ ПОСЛІДОВИХ ПОКОЛЕНЬ" І БІОІНФОРМАТИЦІ З "CHIP-SEQ"

Досягнення техніки дозволили профілювати розподіл епігенетичних знаків у геномній шкалі за допомогою методів послідовності наступного покоління (NGS). Наприклад, імунопреципітація хроматину (ChIP) дозволяє збагатити ДНК, мічену зв’язаними білками, або ДНК, що характеризується змінами молекул гістонів, які зв’язуються з ДНК у структурних одиницях, званих нуклеосомами (див. Рисунок 1). Спочатку розподіл епігенетичних міток у всьому геномі було профільовано за допомогою мікрочипів (ChIP-чіпів), але методи NGS замінили їх, продемонструвавши виразні переваги при підвищеній чутливості та більшій повноті геномних профілів (Park, 2009; Zhao & Grant, 2011). Тут ми зосередимося на методі ChIP-seq та дамо огляд кроків, необхідних для аналізу таких даних.

В даний час для досліджень епігеноміки використовується кілька платформ секвенування NGS, включаючи аналізатор геному Illumina, ABI SOLID, Roche 454, Helicos. Зазвичай ці платформи виробляють сотні тисяч зчитувань до сотень мільйонів коротких послідовностей, що називаються зчитуваннями або тегами, з довжиною послідовності від 35 до 350 п.н. Зчитування отримуються у стандартному форматі fastq, що включає послідовність зчитування та оцінку якості для кожного базового виклику в послідовності тегів. Обробка та аналіз експерименту ChIP-seq починається з одного або декількох файлів читання fastq.

Першим кроком в аналізі експерименту ChIP-seq є зіставлення зчитувань з еталонним (або відомим) геномом, за яким слідує (i) перетворення зіставлених зчитувань до повного числа зчитувань у кожному положенні геному (охоплення), (ii) вибір збагаченого геномні регіони (пік виклику), і (iii) оцінка значущості викликаних піків (класифікація значущості) та (iv) візуалізація. Ми коротко опишемо кожен крок аналізу та зазначимо корисне програмне забезпечення для біоінформатики для здійснення цих кроків.

ВИКЛИКИ ЕПІГЕНЕТИЧНИХ ПІДХОДІВ В (МОВІ) (ЛЮДИНИ)

Клітинна специфічність епігенетичних міток

Блок-схема процедури сортування ядер, включаючи активоване флуоресценцією поділ та сортування ядер NeuN + та NeuN− із тканини мозку. Для аналізу змін гістонів відсортовані ядра піддають ферментативному перетравленню хроматину в мононуклеосоми (довжиною приблизно 146 п.н.) на основі нуклеоцитарних нуклеаз для подальшого імунопреципітації зі специфічним антигістоновим антитілом.

Повнорозмірне зображення

  • Завантажте слайд PowerPoint

Епігенетичні мітки в мозку: стан або ознака?

З іншого боку, буде важко підтвердити, чи багато із зареєстрованих епігенетичних змін, що спостерігаються у невеликих когортах «спорадичних» випадків із шизофренією, аутизмом, депресією та іншими психічними захворюваннями, представляють тип молекулярних змін, стабільно пов’язаних із основним захворюванням . Враховуючи, що більшість, або, можливо, всі епігенетичні маркування, що вивчались на сьогоднішній день, підлягають двонаправленому регулюванню в системі клітинної культури та тваринній моделі, розумно припустити, що епігенетичне оздоблення геномів людського мозку підлягає подібним типам динамічної регуляції. Наприклад, метилювання ДНК у конкретних послідовностях промотору піддається швидкій регуляції вгору або вниз у масштабі від хвилин до годин (Kundakovic et al, 2007; Levenson et al, 2006). Підписи метилювання ДНК гіпокампа дуже чутливі до гострої деполяризації (Martinowich et al, 2003; Nelson et al, 2008) та електросудомних нападів, впливаючи на регуляторні послідовності, що регулюють гени рецепторів NMDA та GABA-A, сигнальні шляхи Notch та інші системи з ключовим регуляторним роль синаптичного сигналу та пластичності (Guo et al, 2011).

ПСИХІАТРИЧНА ЕПІГЕНЕТИКА У СТРАВІ КУЛЬТУРИ?

На даний момент суто умоглядні, уявіть собі потенційні переваги технології iPS для фармакогенетичної (епі) ​​геноміки та парадигми реакції на лікування. Наприклад, похідні iPS клітини можуть бути «оскаржені» за допомогою сполуки та вимірювання сигнатури епігенома, щоб розрізнити пацієнтів, стійких до лікування, та пацієнтів, що реагують на лікування. У цьому контексті, один цікавий біомаркер, як видається, пов'язаний з рівнями метилювання гістону та рівнями ацетилювання в клітинах периферичної крові осіб, які зазнали впливу інгібітора гістонової деацетилази, вальпроату (Gavin et al, 2008).

ОРГАНІЗАЦІЯ ЕПІГЕНОМУ І СТРУКТУРИ ХРОМАТИНУ З ВИСОКИМ ЗАМОВЛЕННЯМ

ОГЛЯД І ПЕРСПЕКТИВИ

Блок-схема, спрямована на визначення предметно-специфічних генетичних та епігенетичних архітектур психічних захворювань. Додаткові відомості див. У тексті.

Повнорозмірне зображення

  • Завантажте слайд PowerPoint