Метилирование ДНК при болезни Паркинсона

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Болезнь Паркинсона (БП) является одним из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеваний в пожилом возрасте, вызывает нарушение моторных функций и развитие немоторных симптомов, снижающих качество жизни и постепенно приводящих к инвалидизации пациентов. Патогенез БП недостаточно ясен. В развитии БП играют роль как генетические, так и средовые факторы. В последнее время большое внимание исследователей привлекают эпигенетические механизмы и их значение для мультифакторных заболеваний. Эпигенетические модификации приводят к изменениям в экспрессии и функционировании генов без изменения последовательности ДНК. К основным эпигенетическим механизмам относятся гистонные модификации, активность некодирующих РНК и метилирование ДНК, при этом большинство исследований по БП сконцентрированы на изучении метилирования различных генов. Дифференциальное метилирование ДНК имеет место в основном в трансрипционно значимых областях генов, способствуя активации экспрессии (при низком уровне метилирования) либо подавлению активности гена (при гиперметилировании). В обзоре приведен анализ большинства имеющихся на последний момент исследований по метилированию ДНК с акцентом на анализе генов, чье участие в развитии БП является подтвержденным во множестве научных работ, — альфа-синуклеина (SNCA) и гена тау-белка (МАРТ). Обсуждается возможность использования анализа уровня метилирования различных генов в качестве биомаркеров БП, а также потенциал будущих терапевтических стратегий, основанных на эпигенетических модификациях.

Об авторах

Елена Владимировна Яковенко

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Email: ekfedotova@gmail.com
Россия, Москва

Екатерина Юрьевна Федотова

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ekfedotova@gmail.com
Россия, Москва

Сергей Николаевич Иллариошкин

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Email: ekfedotova@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ozansoy M., Basak A.N. The central theme of Parkinson's disease: alpha-synuclein. Mol Neurobiol 2013; 47: 460–465. doi: 10.1007/s12035-012-8369-3. PMID: 23180276.
  2. Hirsc L., Jette N., Frolkis A. et al. The incidence of Parkinson's disease: a systematic review and meta‐analysis. Neuroepidemiology 2016; 46: 292–300. doi: 10.1159/000445751. PMID: 27105081.
  3. Karimi‐Moghadam A., Charsouei S., Bell B., Jabalameli M.R. Parkinson disease from mendelian forms to genetic susceptibility: new molecular insights into the neurodegeneration process. Cell Mol Neurobiol 2018; 38: 1153–1178. doi: 10.1007/s10571-018-0587-4. PMID: 29700661.
  4. Jankovic J. Parkinson’s disease: clinical features and diagnosis. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2008; 79: 368–376. doi: 10.1136/jnnp.2007.131045. PMID: 18344392.
  5. Kalia L.V., Kalia S.K., McLean P.J. et al. Alpha-Synuclein oligomers and clinical implications for Parkinson disease. Ann Neurol 2013; 73: 155–169. doi: 10.1002/ana.23746. PMID: 23225525.
  6. Verstraeten A., Theuns J., Van Broeckhoven C. Progress in unraveling the genetic etiology of Parkinson disease in a genomic era. Trends Genet 2015; 31: 140–149. doi: 10.1016/j.tig.2015.01.004. PMID: 25703649.
  7. Nuytemans K., Theuns J., Cruts M., Van Broeckhoven C. Genetic etiology of Parkinson disease associated with mutations in the SNCA, PARK2, PINK1, PARK7, and LRRK2 genes: A mutation update. Hum Mutat 2010; 31: 763–780. doi: 10.1002/humu.21277. PMID: 20506312.
  8. Desplats P., Patel P., Kosberg K. et al. Combined exposure to Maneb and Paraquat alters transcriptional regulation of neurogenesis- related genes in mice models of Parkinson's disease. Mol Neurodegener 2012; 7: 49. doi: 10.1186/1750-1326-7-49. PMID: 23017109.
  9. Nalls M.A., Pankratz N., Lill C.M. et al. Large-scale meta-analysis of genome-wide association data identifies six new risk loci for Parkinson's disease. Nat Genet 2014; 46: 989–993. doi: 10.1038/ng.3043. PMID: 25064009.
  10. Nalls M.A., Blauwendraat C., Vallerga C.L. et al. Identification of novel risk loci, causal insights, and heritable risk for Parkinson's disease: a meta-analysis of genome-wide association studies. Lancet Neurol 2019; 18: 1091–1102. doi: 10.1016/S1474-4422(19)30320-5. PMID: 31701892.
  11. Waddington C.H. The epigenotype. 1942. Int J Epidemiol 2012; 41: 10–13. doi: 10.1093/ije/dyr184. PMID: 22186258.
  12. Portela A., Esteller M. Epigenetic modifications and human disease. Nat Biotechnol 2010; 28: 1057–1068. doi: 10.1038/nbt.1685. PMID: 20944598.
  13. Hamm C.A., Costa F.F. Epigenomes as therapeutic targets. Pharmacol Ther 2015; 151: 72–86. doi: 10.1016/j.pharmthera.2015.03.003. PMID: 25797698.
  14. Lardenoije R., Iatrou A., Kenis G. et al. The epigenetics of aging and neurodegeneration. Prog Neurobiol 2015; 131: 21–64. doi: 10.1016/j.pneurobio.2015.05.002. PMID: 26072273.
  15. Guo J.U., Ma D.K., Mo H. et al. Neuronal activity modifies the DNA methylation landscape in the adult brain. Nat Neurosci 2011; 14: 1345–1351. doi: 10.1038/nn.2900. PMID: 21874013.
  16. Marques S.C.F., Oliveira C.R., Pereira C.M.F., Outeiro T.F. Epigenetics in neurodegeneration: a new layer of complexity. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 2011; 35: 348–355. doi: 10.1016/j.pnpbp.2010.08.008. PMID: 20736041.
  17. Maze I., Noh K-M., Allis C.D. Histone regulation in the CNS: basic principles of epigenetic plasticity. Neuropsychopharmacology 2013; 38: 3–22. doi: 10.1038/npp.2012.124. PMID: 22828751.
  18. Coppede F. Genetics and epigenetics of Parkinson's disease. ScientificWorldJournal 2012; 2012: 489830. doi: 10.1100/2012/489830. PMID: 22623900.
  19. Johnson R., Noble W., Tartaglia G.G., Buckley N.J. Neurodegeneration as an RNA disorder. Prog Neurobiol 2012; 99: 293–315. doi: 10.1016/j.pneurobio.2012.09.006. PMID: 23063563.
  20. Singh A., Sen D. MicroRNAs in Parkinson's disease. Exp Brain Res 2017; 235: 2359–2374. doi: 10.1007/s00221-017-4989-1. PMID: 28526930.
  21. Patil V., Ward R.L., Hesson L.B. The evidence for functional non-CpG methylation in mammalian cells. Epigenetics 2014; 9: 823–828. doi: 10.4161/epi.28741. PMID: 24717538.
  22. Moore L.D., Le T., Fan G. DNA methylation and its basicfunction. Neuropsychopharmacology 2013; 38: 23–38.doi: 10.1038/npp.2012.112. PMID: 22781841.
  23. Jurkowska R.Z., Jurkowski T.P., Jeltsch A. Structure and function of mammalian DNA methyltransferases. Chembiochem 2011; 12: 206–222. doi: 10.1002/cbic.201000195. PMID: 21243710.
  24. Li Y., Liu Y., Strickland F.M., Richardson B. Age-dependent decreases in DNA methyltransferase levels and low transmethylation micronutrient levels synergize to promote overexpression of genes implicated in autoimmunity and acute coronary syndromes. Exp Gerontol 2010; 45: 312–322. doi: 10.1016/j.exger.2009.12.008. PMID: 20035856.
  25. Feng Y., Jankovic J., Wu Y-C. Epigenetic mechanisms in Parkinson's disease. J Neurol Sci 2015; 349: 3–9. doi: 10.1016/j.jns.2014.12.017. PMID: 25553963.
  26. Pastor W.A., Aravind L., Rao A. TETonic shift: biological roles of TET proteins in DNA demethylation and transcription. Nat Rev Mol Cell Biol 2013; 14: 341–356. doi: 10.1038/nrm3589. PMID: 23698584.
  27. Maroteaux L., Campanelli J.T., Scheller R.H. Synuclein: a neuron-specific protein localized to the nucleus and presynaptic nerve terminal. J Neurosci 1988; 8: 2804–2815. doi: 10.1523/JNEUROSCI.08-08-02804.1988. PMID: 3411354.
  28. Polymeropoulos M.H., Lavedan C., Leroy E. et al. Mutation in the alpha-synuclein gene identified in families with Parkinson's disease. Science 1997; 276: 2045–2047. doi: 10.1126/science.276.5321.2045. PMID: 9197268.
  29. Kruger R., Vieira-Saecker A.M., Kuhn W. et al. Increased susceptibility to sporadic Parkinson's disease by a certain combined alpha-synuclein/apolipoprotein E genotype. Ann Neurol1999; 45: 611-617. doi: 10.1002/1531-8249(199905)45:5<611::aid-ana9>3.0.co;2-x. PMID: 10319883.
  30. Zarranz J.J., Alegre J., Gomez-Esteban J.C. et al. The new mutation, E46K, of alpha-synuclein causes Parkinson and Lewy body dementia. Ann Neurol 2004; 55: 164–173. doi: 10.1002/ana.10795. PMID: 14755719.
  31. Gallegos S., Pacheco C., Peters C. et al. Features of alpha-synuclein that could explain the progression and irreversibility of Parkinson's disease. Front Neurosci 2015; 9: 59. doi: 10.3389/fnins.2015.00059. PMID: 25805964.
  32. Chartier-Harlin M-C., Kachergus J., Roumier C. et al. Alpha-synuclein locus duplication as a cause of familial Parkinson's disease. Lancet 2004; 364: 1167–1169. doi: 10.1016/S0140-6736(04)17103-1. PMID: 15451224.
  33. Singleton A.B., Farrer M., Johnson J. et al. Alpha-Synuclein locus triplication causes Parkinson's disease. Science 2003; 302: 841. doi: 10.1126/science.1090278. PMID: 14593171.
  34. Miller D.W., Hague S.M., Clarimon J. et al. Alpha-synuclein in blood and brain from familial Parkinson disease with SNCA locus triplication. Neurology 2004; 62: 1835–1838. doi: 10.1212/01.wnl.0000127517.33208.f4. PMID: 15159488.
  35. Jowaed A., Schmitt I., Kaut O., Wullner U. Methylation regulates alpha-synuclein expression and is decreased in Parkinson’s disease patients’ brains. J Neurosci 2010; 30: 6355–6359. doi: 10.1523/JNEUROSCI.6119-09.2010. PMID: 20445061.
  36. Matsumoto L., Takuma H., Tamaoka A. et al. CpG demethylation enhances alpha-synuclein expression and affects the pathogenesis of Parkinson’s disease. PLoS One 2010; 5: e15522. doi: 10.1371/journal.pone.0015522. PMID: 21124796.
  37. Ai S., Xu Q., Hu Y. et al. Hypomethylation of SNCA in blood of patients with sporadic Parkinson's disease. J Neurol Sci 2014; 337: 123–128. doi: 10.1016/j.jns.2013.11.033. PMID: 24326201.
  38. Pihlstrom L., Berge V., Rengmark A., Toft M. Parkinson's disease correlates with promoter methylation in the alpha-synuclein gene. Mov Disord 2015; 30: 577–580. doi: 10.1002/mds.26073. PMID: 25545759.
  39. Schmitt I., Kaut O., Khazneh H. et al. L-dopa increases a- synuclein DNA methylation in Parkinson’s disease patients in vivo and in vitro. Mov Disord 2015; 30: 1794–1801. doi: 10.1002/mds.26319. PMID: 26173746.
  40. Richter J., Appenzeller S., Ammerpohl O. et al. No evidence for differential methylation of alpha-synuclein in leukocyte DNA of Parkinson's disease patients. Mov Disord 2012; 27: 590–591. doi: 10.1002/mds.24907. PMID: 22262231.
  41. Song Y., Ding H., Yang J. et al. Pyrosequencing analysis of SNCA methylation levels in leukocytes from Parkinson's disease patients. Neurosci Lett 2014; 569: 85–88. doi: 10.1016/j.neulet.2014.03.076. PMID: 24721670.
  42. Guhathakurta S., Evangelista B.A., Ghosh S. et al. Hypomethylation of intron1 of α-synuclein gene does not correlate with Parkinson's disease. Mol Brain 2017; 10: 6. doi: 10.1186/s13041-017-0285-z. PMID: 28173842.
  43. Funahashi Y., Yoshino Y., Yamazaki K. et al. DNA methylation changes at SNCA intron 1 in patients with dementia with Lewy bodies. Psychiatry Clin Neurosci 2017; 71: 28–35. doi: 10.1111/pcn.12462. PMID: 27685250.
  44. de Boni L., Tierling S., Roeber S. et al. Next-generation sequencing reveals regional differences of the alpha-synuclein methylation state independent of Lewy body disease. Neuromolecular Med 2011; 13: 310–320. doi: 10.1007/s12017-011-8163-9. PMID: 22042430.
  45. Desplats P., Spencer B., Coffee E. et al. Alpha-synuclein sequesters Dnmt1 from the nucleus: a novel mechanism for epigenetic alterations in Lewy body diseases. J Biol Chem 2011; 286: 9031–9037. doi: 10.1074/jbc.C110.212589. PMID: 21296890.
  46. Eryilmaz I.E., Cecener G., Erer S. et al. Epigenetic approach to early-onset Parkinson's disease: lowmethylation status of SNCA and PARK2 promoter regions. Neurol Res 2017; 39: 965–972. doi: 10.1080/01616412.2017.1368141. PMID: 28830306.
  47. Tan Y., Wu L., Zhao Z. et al. Methylation of alpha-synuclein and leucine-rich repeat kinase 2 in leukocyte DNA of Parkinson's disease patients. Parkinsonism Relat Disord 2014; 20: 308–313. doi: 10.1016/j.parkreldis.2013.12.002. PMID: 24398085.
  48. Navarro-Sánchez L, Águeda-Gómez B., Aparicio S., Pérez-Tur J. Epigenetic study in Parkinson's disease: a pilot analysis of DNA methylation in candidate genes in brain. Cells 2018; 7: 150. doi: 10.3390/cells7100150. PMID: 30261625.
  49. Tan Y., Wu L., Li D. et al. Methylation status of DJ-1 in leukocyte DNA of Parkinson’s disease patients. Transl Neurodegener2016; 5: 5. doi: 10.1186/s40035-016-0052-6. PMID: 27034775.
  50. Simón-Sánchez J., Schulte C., Bras J. et al. Genome-wide association study reveals genetic risk underlying Parkinson's disease. Nat Genet 2009; 41: 1308–1312. doi: 10.1038/ng.487. PMID: 19915575.
  51. Kwok J.B.J., Teber E.T., Loy C. et al. Tau haplotypes regulate transcription and are associated with Parkinson’s disease. Ann Neurol 2004; 55: 329–334. doi: 10.1002/ana.10826. PMID: 14991810.
  52. Coupland K.G., Mellick G.D., Silburn P.A. et al. DNA methylation of the MAPT gene in Parkinson’s disease cohorts and modulation by vitamin E in vitro. Mov Disord 2014; 29: 1606–1614. doi: 10.1002/mds.25784. PMID: 24375821.
  53. Pieper H.C., Evert B.O., Kaut O. et al. Different methylation of the TNF-alpha promoter in cortex and substantia nigra: implications for selective neuronal vulnerability. Neurobiol Dis 2008; 32: 521–527. doi: 10.1016/j.nbd.2008.09.010. PMID: 18930140.
  54. Lin Q., Ding H., Zheng Z. et al. Promoter methylation analysis of seven clock genes in Parkinson’s disease. Neurosci Lett 2012; 507: 147–150. doi: 10.1016/j.neulet.2011.12.007. PMID: 22193177.
  55. Su X., Chu Y., Kordower J.H. et al. PGC-1α promoter methylation in Parkinson’s disease. PLoS One 2015; 28; 10: e0134087. doi: 10.1371/journal.pone.0134087. PMID: 26317511.
  56. Masliah E., Dumaop W., Galasko D., Desplats P. Distinctive patterns of DNA methylation associated with Parkinson disease: identification of concordant epigenetic changes in brain and peripheral blood leukocytes. Epigenetics 2013; 8: 1030–1038. doi: 10.4161/epi.25865. PMID: 23907097.
  57. Wang C., Chen L., Yang Y. et al. Identification of potential bloodbiomarkers for Parkinson's disease by gene expression and DNA methylation dataintegration analysis. Clin Epigenetics 2019; 11: 24. doi: 10.1186/s13148-019-0621-5. PMID: 30744671.
  58. Young J.I., Sivasankaran S.K., Wang L. et al. Genome-wide brain DNA methylation analysis suggests epigenetic reprogramming in Parkinson disease. Neurol Genet 2019; 5: e342. doi: 10.1212/NXG.0000000000000342. PMID: 31403079.
  59. Kaut O., Schmitt I., Tost J. et al. Epigenome-wide DNA methylation analysis in siblings andmonozygotic twins discordant for sporadic Parkinson's disease revealed different epigenetic patterns in peripheral blood mononuclear cells. Neurogenetics 2017; 18: 7–22. doi: 10.1007/s10048-016-0497-x. PMID: 27709425.
  60. Obeid R., Schadt A., Dillmann U. et al. Methylation status and neurodegenerative markers in Parkinson disease. Clin Chem 2009; 55: 1852–1860. doi: 10.1373/clinchem.2009.125021. PMID: 19679632.
  61. Konsoula Z., Barile F.A. Epigenetic histone acetylation and deacetylation mechanisms in experimental models of neurodegenerative disorders. J Pharmacol Toxicol Methods 2012; 66: 215–220. doi: 10.1016/j.vascn.2012.08.001. PMID: 22902970.
  62. Xu Z., Li H., Jin P. Epigenetics-based therapeutics for neurodegenerative disorders. Curr Transl Geriatr Exp Gerontol Rep 2012; 1: 229–236. doi: 10.1007/s13670-012-0027-0. PMID: 23526405.
  63. Narayan P., Dragunow M. Pharmacology of epigenetics in brain disorders. Br J Pharmacol 2010; 159: 285–303. doi: 10.1111/j.1476-5381.2009.00526.x. PMID: 20015091.
  64. Kantor B., Tagliafierro L., Gu J. Downregulation of SNCA Expression by Targeted Editing of DNA Methylation: a potential strategy for precision therapy in PD. Mol Ther 2018; 26: 2638–2649. doi: 10.1016/j.ymthe.2018.08.019. PMID: 30266652.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Yakovenko E.V., Fedotova E.Y., Illarioshkin S.N., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77-83204 от 12.05.2022.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах