Front Aging： 组蛋白修饰在衰老和阿尔茨海默病中的新机制研究

组蛋白修饰是导致衰老和阿尔茨海默病认知衰退的关键因素，衰老过程中的认知功能受到抑制性组蛋白甲基化的限制，研究这些表观遗传阻断可能会阐明与年龄相关的认知衰退的机制。组蛋白 3，赖氨酸 9 (H3K9)是受高度调控的位点，当二甲基化或三甲基化时与基因沉默相关。H3K9 被组蛋白甲基转移酶 SUV39H1 三甲基化 (me3)，H3K9me3 在衰老过程中起着关键作用，包括血管炎症和糖尿病。先前的研究表明，老年小鼠中 H3K9me3 升高与突触丧失、认知障碍和脑源性神经营养因子 (BDNF) 减少有关。然而，H3K9me3 调控的机制仍然知之甚少。因此，来自加州大学经生物学与行为系的研究者调查了与年龄相关的压力源对 H3K9me3 调节的作用，并检查了 H3K9me3 的变化是否与年龄有关。研究结果表明，抑制 BDNF 信号传导会以依赖于体外年龄和氧化应激的方式提升海马 H3K9me3的表达。

研究结果

1、 过氧化氢不会在 体外培养12天的海马神经元中诱导 H3K9me3

首先进行剂量反应研究，确定显著提高氧化应激的过氧化氢浓度。实验结果表明，200 μM H2O2 的存活率显着降低，对应神经元存活率降低7%，100 和 200 μM H2O2 降低了抗氧化剂还原型谷胱甘肽 (GSH)表达，然而，H2O2 没有显着改变12天时海马神经元的 H3K9me3 水平。

图1 与年龄相关的压力源 H2O2 不会在 12 DIV 海马神经元中诱导抑制性组蛋白甲基化

2、 抑制 BDNF 信号显着提升 12 天海马神经元中的 H3K9me3

减少的 BDNF 是另一种与年龄相关的压力源，因此研究氧化应激盒BDNF信号受损的组合是否会改变H3K9me3水平。使用BDNF受体抑制剂TrkB-Fc处理神经元。通过LDH 测定法测量神经元存活率，单独的 TrkB-Fc 和与 4 小时 H2O2 联合处理均诱导 H3K9me3 显着增加，表明抑制 BDNF 信号可显着提升 12 个 DIV 海马神经元中的 H3K9me3。

图2 TrkB-Fc 和H2O2处理4h 显着提升神经元培养物中的 H3K9me3水平

3、 随着神经元成熟，海马神经元对应激源诱导的H3K9me3变得更敏感

与6天的培养物相比，TrkB-Fc 处理显着增加了 21 天神经元培养物和 12 天神经元培养物中的 H3K9me3。相对于 培养6 天的神经元，TrkB-Fc 与4小时 H2O2 相结合增加了 12 天培养物中的 H3K9me3（图 3C），而 21天培养物中的 H3K9me3 水平未能达到统计显着性。H2O2 处理 4 小时不影响任何培养年龄的 H3K9me3 水平（图 3B）。这些发现表明，虽然抑制 BDNF 信号可以在 21天DIV 海马神经元中诱导 H3K9me3，但额外的氧化应激可能会阻止 BDNF 对 H3K9me3 的调节。因此，H3K9me3 调节的机制高度依赖于神经元的成熟，当用外源性压力源处理时，12天的神经元在 H3K9me3 中表现出最大的升高。

图3 TrkB-Fc 显着提升 12 和 21天海马神经元培养物中的 H3K9me3

4、 抗氧化剂可防止 12天海马神经元中的 H3K9me3 上调

用 TrkB-Fc、H2O2 和抗氧化剂处理的 6、12 和 21 天DIV 神经元之间的 H3K9me3 没有显着差异。这表明抗氧化处理阻止了用 TrkB-Fc 和 H2O2 处理的 12 天神经元中 H3K9me3 的显着升高（图 3C，D）。抗氧化处理对无应激海马神经元中的 H3K9me3 没有影响（图 3E）。

5、H2O2 处理的 6天海马神经元中 SIRT1 升高

对非神经元组织的研究表明，SIRT1 介导氧化应激诱导的表观遗传变化。作者测量了压力培养物中的 SIRT1 水平，以确定增加 H3K9me3 的相同处理是否也提高了 SIRT1 水平。与用 H2O2 处理的 12天神经元相比，6 天的神经元中SIRT1 显着增加（图 4B）。同样，抗氧化剂处理的培养物中 SIRT1 水平没有变化。H2O2 增加了 SIRT1，但对 H3K9me3 没有影响（图 3B)，海马神经元中这两种标志物之间没有明确的关系。虽然过氧化氢确实提高了培养6天神经元中的 SIRT1，但 SIRT1 上调不会导致海马神经元培养物中的 H3K9 三甲基化。

图4 SIRT1 在用过氧化氢处理的 6 个 DIV 神经元中升高

综上，在这项研究中，作者发现抑制 BDNF 信号会提升体外培养12 和 21天，海马神经元中的 H3K9me3。虽然单独的 H2O2不影响任何时期神经元的H3K9me3水平，但抗氧化处理阻止了用 TrkB-Fc和H2O2处理的12天神经元中的 H3K9me3升高。

令人惊讶的是，在 H3K9 三甲基化升高的培养物中SIRT1并没有变化。因此，研究结果表明，神经营养剥夺以取决于体外年龄和氧化应激的方式提升 H3K9me3。

参考文献

onescu-Tucker A, Tong L, Berchtold NC and Cotman CW (2022) Inhibiting BDNF Signaling Upregulates Hippocampal H3K9me3 in a Manner Dependent On In Vitro Aging and Oxidative Stress. Front. Aging 3:796087. doi: 10.3389/fragi.2022.796087

编译作者:  原代美少女 (Brainnews创作团队) 

校审: Simon (Brainnews编辑部)

点击上方名片关注我们

感谢支持！欢迎分享、投稿转载！

- END -

课程推荐