Первосентябрьские PubMed-раскопки (с запозданием).
Запустил в ПабМеде поиск по "GAD67", попалась свежая публикация в открытом доступе: GAD1 mRNA Expression and DNA Methylation in Prefrontal Cortex of Subjects with Schizophrenia (Экспрессия мРНК гена GAD1 и метилирование ДНК в префронтальной коре у больных шизофренией). Исследователи пробуют ответить на вопрос - что вызывает снижение экспрессии GAD1, и приходят к неожиданным выводам.
Дело в том, что как у больных шизофренией, так и у "биполярников" обнаруживается недостаток фермента GAD67, кодируемого тем самым геном GAD1. Фермент GAD67 преобразует глутамат, главный "возбуждающий" нейромедиатор, в ГАМК, главный "тормозной" медиатор. Таким образом, сниженная активность GAD67 может приводить к недостатку ГАМК в определенных клетках.
Я не совсем понял статью, но оставлю в ЖЖ запись в качестве ссылки. Под кат помещаю свое любительское понимание ситуации с GAD1\GAD67 и понимание смысла статьи, они могут оказаться неправильными. Я понимаю, что если это прочитает генетик-профессионал, он увидит много смешного.
Авторы хорошо суммируют роль GAD67 при шизофрении, приводя ссылки:
Cortical dysfunction in schizophrenia and related disease is associated with changes in GABAergic circuitry [1], including altered expression of the 67 kDa isoform of glutamic acid decarboxylase (GAD67), one to two key enzymes for GABA synthesis in cortical interneurons. To date, at least 12 studies using tissues from 6 independent brain collections reported downregulated expression for GAD67 [2]. In addition, in elderly schizophrenia subjects, up-regulation of GAD67 levels was observed [3]. Two lines of evidence point to an important role for GAD67 in the neurobiology of schizophrenia: First, dysregulated GAD67 expression in the chandelier subtype of GABA neurons is thought to result in disruption of synchronized cortical activity and impairment of working memory functions in schizophrenia subjects [4]. Second, allelic polymorphisms within GAD1, the gene encoding GAD67, confer genetic risk for childhood-onset schizophrenia and accelerated loss of frontal gray matter.
"Кортикальная дисфункция при шизофрении и связанных заболеваниях ассоциирована с изменениями ГАМКергических сетей, в том числе с изменением экспрессии 67KD-изоформы глутаматдекарбоксилазы (GAD67), одного из двух ключевых ферментов, участвующих в синтезе ГАМК в интернейронах коры. На сегодняшний день, по меньшей мере 12 исследований с использованием тканей из 6 независимых хранилищ продемонстрировали снижение экспрессии GAD67. Вдобавок, у пожилых пациентов, напротив, наблюдается повышение экспрессии GAD67. Две нити свидетельств указывают на важную роль GAD67 в нейробиологии шизофрении: во-первых, нарушение экспрессии GAD67 в ГАМКергических клетках-канделябрах, как считается, приводит к нарушению синхронной кортикальной активности и нарушению рабочей памяти у больных. Во-вторых, аллельные полиморфизмы гена GAD1, кодирующего GAD67, усиливают риск заболевания детской шизофренией и ускоренной потери серого вещества фронтальных долей."
Ген GAD1 недостаточно хорошо считывается в нейронах по вине эпигенетических, "над-генетических" механизмов. Эти механизмы отвечают за временное отключение и включение генов. Считается, что в случае с GAD1 происходит избыточное метилирование - установка на ДНК метильных "меток", предотвращающих "считывание" гена. Эту догадку подтверждало то, что в мозге у больных повышено содержание фермента DNMT1, ставящего на ДНК подобные метки. Однако установить точную причину, как пишут, сложно - для этого пришлось бы сначала выделить типичные GAD1-производящие нейроны из посмертных тканей мозга, затем как-то изучить ДНК из ядер этих нейронов, стараясь угадать, какие механизмы в процессе жизни человека "заглушили" участок GAD1. Кроме GAD1, как указывают авторы, при шизофрении предполагается нарушенное метилирование генов REELIN, COMT, SOX10.
Для измерения авторы использовали антитела, специфичные для "хроматиновой отметки" (?) H3K4me3 - предварительно было отмечено, что степень триметилирования этого участка связана с открытым хроматином, доступным для считывания, и антитела для метки H3K27me3, метилирование которой связано с "репрессивным" хроматином, не дающим считать ген. Эту взаимосвязь обнаружили в 2003 году, считается, что с помощью нее можно оценить, сколько хроматина свернулось и "умолкло", а сколько - открыто для считывания.
Хроматин - это сочетание собственно ДНК и белка. Это нить, которая способна, когда подходит время скопировать весь ДНК, с помощью разных дополнительных белков свернуться в "нить с катушками", потом распущенной нити уже не видно, а есть лишь "катушки" (нуклеосомы), это всё гнется и укрепляется дополнительными белковыми "распорками" и превращается наконец в хромосому. Но это лишь при делении клетки.
Когда же участок этой нити чуть-чуть свертывается в клетке, "функционирующей в рабочем режиме", нить становится чуть более компактной, и гены, находящиеся в месте "свертка", считать нельзя - так регулируется их активность. Этот свернутый участок и есть репрессивный хроматин.
Авторы исследования обнаружили, что на промоторе гена (участке, "запускающем" считывание) метки, связанные с "репрессивным" хроматином, метилированы у больных меньше, чем у здоровых людей - примерно в 8 раз. Это противоречит общепринятой гипотезе.
(Пришлось десяток викистраниц открыть, чтобы разобраться более-менее в смысле публикации.)
В разделе Discussion (Обсуждение) авторы пишут, что их работа является, насколько им известно, вообще первой попыткой как-то оценить метилирование ДНК в человеческом мозге отдельно на участках открытого и репрессивного хроматина (всегда интересно читать именно раздел Discussion, где приводятся размышления и предположения). Даже на "молчащем" хроматине, пишут они, метильных меток на гене GAD1 в человеческом мозге довольно мало - не более 30% CpG-динуклеотидов во втором интроне и не более 5% в промоторе (стартовом участке гена) оказались метилированными у здоровых людей. Обычно у "выключенных" генов именно метильные метки в районе промотора способствуют его репрессии, и поэтому считалось, что у больных шизофренией этих меток на данном ключевом участке будет найдено больше, но как бы не так - их оказалось меньше, причем в 8 раз! Причем количество мРНК гена в исследованных образцах было меньше у больных шизофренией, как и следовало ожидать, но чем же вызвается подавление экспрессии гена?
Что предполагают авторы? Может быть, у больных, как и предполагалось изначально, большая часть промотора свернута в репрессивные "катушки"-нуклеосомы, но маркерные H3K27me3-участки на этих катушках почему-то не покрыты метильными метками. Тогда окажется, что у больных шизофренией, в отличие от здоровых людей, метилирование участков ДНК на репрессивном хроматине не выражается преимущественно в присоединении метильных меток к последовательности CpG. Говоря простыми словами, ДНК свертывается у больных в клубки, ген становится невозможно\трудно считать, но эти клубки не покрываются, как следует, метильными метками, и поэтому при попытке "засечь" эти метки с помощью антител возникает кажущееся противоречие - фермента GAD67 не хватает, а ген вроде бы "открыт".
Однако авторы предупреждают, что они обнаружили в исследованном регионе примерно 400 CpG-островков, а проверили из них лишь несколько. Следовательно, в будущих исследованиях нужно получить больше свидетельств. Если находка подтвердится, интересно будет посмотреть на другие гены у больных шизофренией - может быть, и их метилирование происходит не так, как у здоровых людей, пишут авторы.
Иллюстрации к статье: Обратите внимание на фигуру B - репрессивный хроматин у больных (S)недостаточно метилирован по сравнению со здоровыми (С).
Если находка авторов не подтвердится, зря я в этом всем копался-разбирался. Тогда, может быть, эта ЖЖ-запись будет полезна тем, что продемонстрирует, на каком уровне идут исследования шизофрении и побудит кого-то к самостоятельному чтению на эту тему, благо ссылок в статье и в PubMed - масса.
(0: