Η επίδραση των επιπέδων ακετυλίωσης και μεθυλίωσης των ιστόνων στη ρύθμιση του βιολογικού ρολογιού των θηλαστικών
Authors: Ξυδούς Μάριος 
Published: January 2014

Το βιολογικό ρολόι αποτελεί ένα μηχανισμό μέτρησης χρόνου που επιτρέπει στουςοργανισμούς να ρυθμίζουν τις ακούσιες (π.χ. θερμοκρασία σώματος) και εκούσιες(συμπεριφορά) λειτουργίες τους με τέτοιο τρόπο ώστε να αντιμετωπίζουν καλύτερατις προκλήσεις κάθε φάσης του 24-ώρου. Είναι ένα ενδογενές και αυτοσυντηρούμενοσύστημα και ελέγχει, σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό, την έκφραση ενός μεγάλουαριθμού γονιδίων. Την τελευταία δεκαετία έχει μελετηθεί εκτενώς ο μοριακόςμηχανισμός του βιολογικού ρολογιού, ενώ πληθώρα δεδομένων συνδέουν τηνέκφραση αρκετών από τα γονίδια του ρολογιού με την παρουσία συγκεκριμένωνμετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων των ιστονών στους υποκινητές τους.Γενικός στόχος της παρούσης εργασίας είναι η μελέτη του μηχανισμού με τονοποίο οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις των ιστονών επιδρούν στην έκφρασητριών γονιδίων του ρολογιού (mper1, mper2 και mcry1). Το πρώτο σημαντικόεύρημα ήταν ότι ενώ τα επίπεδα mRNA των mper2 και mcry1 σε συγχρονισμένεςκαλλιέργειες ταλαντώνονταν γύρω από μία θέση ισορροπίας που προσέγγιζε ταεπίπεδα έκφρασης των ασυγχρόνιστων καλλιεργειών, στην περίπτωση του mper1 οισυγχρονισμένες καλλιέργειες είχαν πάντα, ακόμα και στο ναδίρ του ρυθμού,υψηλότερα επίπεδα mper1 mRNA σε σχέση με τις μη-συγχρονισμένες. Αυτή ηιδιομορφία στο πρότυπο ταλάντωσης των επιπέδων mRNA του mper1 φαίνεται νασχετίζεται με την ελάττωση, κατά την μία ώρα επώασης με τη δεξαμεθαζόνη, τηςαφθονίας της τριμεθυλιωμένης στη λυσίνη 4 της ιστόνης Η3 (Η3Κ4me3) στηνπεριοχή του υποκινητή του mper1 γύρω από τη θέση δέσμευσης τουγλυκοκορτικοειδούς υποδοχέα (GRE). Εξαιρετικά σημαντικό είναι το γεγονός ότιαυτή η πτώση φαίνεται να διατηρείται και μετά το συγχρονισμό με τη δεξαμεθαζόνη,καθώς παρατηρήθηκε σε δείγματα από κιρκαδικούς χρόνους που αντιστοιχούν τόσοστο ζενίθ όσο και στο ναδίρ της ταλάντωσης.7στόσο, τα κύρια ευρήματα αυτής της εργασίας προέκυψαν από τις μελέτες με τονικοτιναμίδιο και την τριχοστατίνη Α, τα οποία είχαν αρχικά επιλεγεί γιατί είναιαναστολείς των αποακετυλασών των ιστονών. +ιαπιστώθηκε ότι η τριχοστατίνη Ααυξάνει τα επίπεδα mper1 mRNA, ενώ το νικοτιναμίδιο καταστέλλει αυτήν τηναύξηση. Ξεχωριστό ενδιαφέρον έχει η ικανότητα του νικοτιναμιδίου να αναστέλλειτην οξεία απόκριση του γονιδίου mper1 στη δεξαμεθαζόνη, η οποία είναι υπεύθυνη για τον κιρκαδικό συγχρονισμό των κυττάρων. Επιπλέον, ιδιαίτερα σημαντικό είναιτο γεγονός ότι η ανασταλτική δράση του νικοτιναμιδίου, τόσο στην περίπτωση τηςδεξαμεθαζόνης όσο και στην περίπτωση της τριχοστατίνης Α, δεν οφείλεται στηνικανότητά του να αναστέλλει τις αποακετυλάσες των ιστονών της 3ης τάξης,(σιρτουΐνες). Αντιθέτως, η αναστολή της απόκρισης φαίνεται να ακολουθεί έναμοριακό μηχανισμό ο οποίος ρυθμίζεται από τα υφιστάμενα στο κύτταρο αποθέματασε ενεργό μεθύλιο, καθώς τα επίπεδα τριμεθυλιωμένης Η3Κ4 κοντά στο σημείοέναρξης της μεταγραφής του υποκινητή του mper1 ήταν σε σημαντικό βαθμόχαμηλότερα στα δείγματα των καλλιεργειών που είχαν επωαστεί με συνδυασμόδεξαμεθαζόνης και νικοτιναμιδίου, σε σχέση με τα δείγματα από τις καλλιέργειες πουείχαν επωαστεί μόνο με δεξαμεθαζόνη. +εδομένου του ότι η τριμεθυλίωση της Η3Κ4είναι απαραίτητη για την κιρκαδική έκφραση των γονιδίων του ρολογιού (Rippergerand Schibler, 2006; Katada and Sassone-Corsi, 2010), θεωρούμε ότι η πτώση τηςτριμεθυλιωμένης Η3Κ4 στον υποκινητή του mper1 είναι ο μηχανισμός με τον οποίοτο νικοτιναμίδιο αναστέλλει την απόκριση του γονιδίου στη δεξαμεθαζόνη και τηντριχοστατίνη Α. Αντιθέτως προς την πτώση στον υποκινητή του mper1, η συνολικήαφθονία της τριμεθυλιωμένης Η3Κ4 στο γενικό (μαζικό) πρότυπο του ολικούκλάσματος των ιστονών του πυρήνα, δεν εμφανίζει διαφορές μεταξύ dex καιdex/NAM δειγμάτων. Αυτό υποδηλώνει ότι οι παρατηρηθείσες αλλαγές στουποκινητή του mper1 αποτελούν μέρος ενός τοπικού φαινομένου, περιορισμένου σεσυγκεκριμένες μόνο περιοχές της χρωματίνης.In vivo, τα γλυκοκορτικοειδή του αίματος παίζουν θεμελιώδη ρόλο στη ρύθμισητου βιολογικού ρολογιού στους περιφερικούς ιστούς εντός του σώματος ενόςθηλαστικού. Οι συγκεντρώσεις νικοτιναμιδίου που χρησιμοποιήσαμε (10 mM και50 mM) είναι πολύ μεγαλύτερες από τα φυσιολογικά επίπεδα του νικοτιναμιδίουστους ιστούς των θηλαστικών, τα οποία κυμαίνονται μεταξύ 11 και 400 μΜ (Ijichi etal., 1966; Hagino et al., Lee et al., 2007). Εντούτοις, έχει δειχθεί ότι η εξωγενήςπαροχή νικοτιναμιδίου για διατροφικούς, κτηνιατρικούς ή ιατρικούς σκοπούς μπορείνα αυξήσει τη συγκέντρωση νικοτιναμιδίου εντός του σώματος σε επίπεδα κοντά σεαυτά που χρησιμοποιήσαμε στις καλλιέργειες (Kollenkirchen et al., 1992; Erb et al.,1998). Εξάλλου, πέρα από τις πιθανές επιπτώσεις στη λειτουργία του βιολογικούρολογιού, είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσα η ίδια η ικανότητα του νικοτιναμιδίου νααναστέλλει την απόκριση ενός γονιδίου στην δράση της δεξαμεθαζόνης και τηςτριχοστατίνης Α με έναν εναλλακτικό μηχανισμό, άσχετο με τις σιρτουΐνες και την ADP-ριβοζυλίωση. Μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να στοχεύουν στην αποσαφήνισηαυτού του μηχανισμού καθώς και στη φυσιολογική του σημασία.