riepilogo: La metilazione del DNA regola l’espressione di PKMzeta, un gene coinvolto nella formazione della memoria a lungo termine. Bassi livelli di PKMzeta nel cervello sono associati al morbo di Alzheimer e ad altri disturbi da deficit di memoria.
fonte: FAPESP
È noto che la proteina PKMzeta è associata alla formazione della memoria a lungo termine. I disturbi neurologici come il morbo di Alzheimer, così come la depressione e l’invecchiamento, sono associati a livelli ridotti di questa proteina nel cervello.
I ricercatori affiliati alle istituzioni in Brasile e negli Stati Uniti hanno ora scoperto un meccanismo che aiuta a spiegare il collegamento e potrebbe aprire la strada a future innovazioni mediche.
Il loro studio è riportato in un articolo pubblicato sulla rivista Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Meccanismi di regolazione genica.
Per comprendere il meccanismo, i ricercatori hanno utilizzato l’epigenetica, che è la scienza di come gli stimoli ambientali attivano o inibiscono l’espressione genica senza alterare la sequenza del DNA.
Una tecnica epigenetica spesso utilizzata dai ricercatori è il silenziamento genico mediante metilazione del DNA, in cui i gruppi metilici vengono aggiunti a una sezione specifica di un gene per impedirne la trascrizione. Ad esempio, la metilazione della sequenza del DNA di un gene potrebbe disattivare il gene in modo che non produca più una proteina.
Nell’articolo gli autori ricordano che nel sistema nervoso centrale la proteina CREB1 normalmente si lega a una parte del gene. PKMzeta In modo che esprima la proteina con lo stesso nome. Lo studio ha mostrato, tuttavia, che l’ipermetilazione di questo segmento del gene ha portato a livelli significativamente più bassi della proteina PKMzeta.
“La nostra analisi ha rivelato che la metilazione del DNA regola l’espressione di questo gene, che svolge un ruolo in diverse malattie”, afferma Deborah Shechtman, coautrice dell’articolo e professore presso l’Istituto di Chimica dell’Università di San Paolo (IQ-USP ) in Brasile.
“Credo che quando la scienza di base è ben applicata, fornisce informazioni vitali per lo sviluppo di farmaci e terapie avanzate”.
Lo studio è stato sostenuto da FAPESP attraverso cinque progetti (19/06982-6, 15/24046-5, 15/17812-3, 20/13929-1 e 20/16204-8).
all’interno del DNA
Demetrius Pramio, primo autore dell’articolo e dottorando in biochimica presso IQ-USP, ha descritto i materiali utilizzati nello studio, alcuni dei quali sono stati ottenuti grazie a collaborazioni con la Yale University e il Medical Center della State University of New York negli Stati Uniti. Ha spiegato che “i materiali includevano database, cellule umane isolate da pazienti o modificate in laboratorio e cellule animali”.
Sono stati eseguiti diversi test per vedere se il gene era metilato PKMzeta Provocherà una diminuzione dei livelli della proteina che produce, utilizzando farmaci che interferiscono con la metilazione del DNA e la tecnologia di editing genetico CRISPR. In questo caso, vengono apportate modifiche al gene PKMzeta Prevenire il corretto legame della proteina CREB1. “Di conseguenza, la produzione della proteina PKMzeta è effettivamente diminuita”, ha affermato Shechtman.
I risultati hanno confermato che il gene in questione richiedeva CREB1 per stimolare la produzione della proteina PKMzeta e che la metilazione del DNA spiegava la diminuzione dei livelli proteici.
Gli autori hanno anche analizzato il ruolo di altri geni nel sistema nervoso centrale per vedere se fossero inibiti dall’ipermetilazione del DNA che impedisce il legame con CREB1. “Volevamo vedere se il processo è avvenuto in modo più globale”, ha detto Shechtman.
Se l’espressione di altri geni oltre a PKMzeta è influenzata da questo modello di metilazione del DNA, deve essere particolarmente rilevante per i cambiamenti cerebrali che possono essere correlati alla malattia e gli autori mostrano che il meccanismo non è specifico della proteina PKMzeta.
prossimi passi
Diversi modi di procedere da questo studio si sono suggeriti. Uno potrebbe essere quello di analizzare altri geni interessati da questo processo di metilazione del DNA che inibiscono il legame CREB1, con l’obiettivo di apprendere quale ruolo svolgono nell’organismo, nonché la loro potenziale associazione con le malattie.
Un’altra possibilità è cercare di capire cosa fa effettivamente PKMzeta nel sistema nervoso centrale. “Sappiamo che è coinvolto nella memoria, ma come funziona in dettaglio? Questa è una domanda molto rilevante”, ha detto Shechtman.
Per Pramio è importante anche testare il meccanismo in modelli più accurati. Ad esempio, è possibile analizzare regioni specifiche del cervello, nonché modelli animali di malattie come l’Alzheimer e la depressione.
Altri studi hanno dimostrato che l’uso di alcuni antidepressivi in modelli animali di depressione ripristina l’espressione del gene PKMzeta quando inibito, ma non hanno studiato la metilazione del DNA.”
Possono essere esaminate anche altre condizioni. Schechtman, ad esempio, sta lavorando sul dolore cronico e c’è la possibilità che questo gene sia coinvolto PKMzeta Può essere coinvolto in tali condizioni a causa del suo coinvolgimento nel rimodellamento sinaptico dei neuroni. “Lo studio ha sollevato molte domande e ipotesi”, ha detto.
Secondo Pramio, i progressi in queste linee di ricerca potrebbero in futuro contribuire allo sviluppo di nuove terapie, che saranno di particolare interesse per la depressione e il morbo di Alzheimer, date le sfide che i medici devono affrontare a causa di questi disturbi.
A proposito di questa genetica e notizie sulla memoria
autore: Heloisa Rennert
fonte: FAPESP
comunicazione: Heloisa Reinert – FAPESP
immagine: L’immagine è di pubblico dominio
Ricerca originale: accesso libero.
“La metilazione del DNA della regione del promotore del sito di legame CREB1 è un meccanismo per la regolazione epigenetica del PKMζ specifico del cervello.Di Deborah Shechtman et al. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Meccanismi di regolazione genica
un sommario
La metilazione del DNA della regione del promotore del sito di legame CREB1 è un meccanismo per la regolazione epigenetica del PKMζ specifico del cervello.
La proteina chinasi M zeta, PKMζ, è una chinasi arricchita dal cervello con un ruolo distinto nel potenziamento a lungo termine (LTP), il rinforzo dipendente dall’attività delle sinapsi coinvolte nella formazione della memoria a lungo termine. Tuttavia, si sa poco sui meccanismi molecolari che mantengono la specificità tissutale di questa chinasi. Qui, abbiamo caratterizzato i fattori epigenetici, in particolare la metilazione del DNA, che regolano l’espressione di PKMζ nel cervello umano.
IL PRKCZ Il gene contiene un promotore a monte che regola la proteina chinasi Cζ (PKCζ) e un promotore intrinseco che guida l’espressione di PKMζ. Una regione demetilata, compreso il sito canonico di legame CREB, presente nel promotore intrinseco è stata osservata solo nei tessuti del SNC umano.
L’induzione dell’ipermetilazione sito-specifica in questa regione ha diminuito il legame con CREB1 e l’espressione di PKMζ sottoregolata. Va notato che i siti di legame CREB erano assenti nel promotore a monte di PRKCZ locus, suggerendo un meccanismo specifico per regolare l’espressione di PKMζ.
Queste osservazioni sono state convalidate utilizzando un sistema di differenziazione neuronale umana da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Il legame di CREB1 allo stimolo intrinseco è stato rilevato solo in neuroni differenziati, in cui è espresso PKMζ.
Lo stesso meccanismo epigenetico è stato identificato nel contesto del sito di legame CREB in altri geni coinvolti nella differenziazione neuronale e LTP. Inoltre, nei casi di malattia di Alzheimer è stata osservata un’aberrante ipermetilazione del DNA del promotore intrinseco, che è associata a una ridotta espressione di PKMζ nel cervello dei pazienti.
Complessivamente, presentiamo un meccanismo epigenetico conservato che regola l’espressione di PKMζ e altri geni promotori nel sistema nervoso centrale con potenziali implicazioni nella differenziazione neuronale e nella malattia di Alzheimer.