Morphine leads to global genome changes in H3K27me3 levels via a Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) self-regulatory mechanism in mESCs

Background: Environmentally induced epigenetic changes can lead to health problems or disease, but the mechanisms involved remain unclear. Morphine can pass through the placental barrier leading to abnormal embryo development. However, the mechanism by which morphine causes these effects and how they sometimes persist into adulthood is not well known. To unravel the morphine-induced chromatin alterations involved in aberrant embryo development, we explored the role of the H3K27me3/PRC2 repressive complex in gene expression and its transmission across cellular generations in response to morphine. Results: Using mouse embryonic stem cells as a model system, we found that chronic morphine treatment induces a global downregulation of the histone modification H3K27me3. Conversely, ChIP-Seq showed a remarkable increase in H3K27me3 levels at specific genomic sites, particularly promoters, disrupting selective target genes related to embryo development, cell cycle and metabolism. Through a self-regulatory mechanism, morphine downregulated the transcription of PRC2 components responsible for H3K27me3 by enriching high H3K27me3 levels at the promoter region. Downregulation of PRC2 components persisted for at least 48 h (4 cell cycles) following morphine removal, though promoter H3K27me3 levels returned to control levels. Conclusions: Morphine induces targeting of the PRC2 complex to selected promoters, including those of PRC2 components, leading to characteristic changes in gene expression and a global reduction in H3K27me3. Following morphine removal, enhanced promoter H3K27me3 levels revert to normal sooner than global H3K27me3 or PRC2 component transcript levels. We suggest that H3K27me3 is involved in initiating morphine-induced changes in gene expression, but not in their maintenance.This study was supported by grants from the Spanish Health Department ISCIII (DTS 18/00142) and University of the Basque Country. IM was supported by fellowship from Basque Government, and MA and IU were supported by fellowship from the University of the Basque Country (UPV/EHU)

Morfinak DNA-ren metilazioan duen eragin epigenetikoaren azterketa, bigarren belaunaldiko sekuentziazio teknikak erabiliz

255 p.Zelulen patroi epigenetikoak haien fisiologia zehazten du, eta organismo baten garapenean zehar zelula bakoitzak duen patroi espezifikoak haren diferentziazioa bideratzen du, organismo osoaren garapen egokia bat koordinatuz. Hala ere, inguruneak eta bizi estiloak eragin kaltegarriak eragin ditzake norbanakoengan, zelulen fisiologia zehazten duen patroi epigenetikoan eraginez. Biomedikuntzak egun duen erronka handienetariko bat inguruneak edota kanpo faktoreek eragindako aldaketa epigenetikoek sortu ditzaketen osasun arazoen edo gaixotasunen atzean dauden mekanismo molekularrak ulertzea da. Bestalde, aldaketa fisiologiko horiek eragiten dituzten marka epigenetikoak denboran zehar mantendu daitezkeela ikusi da. Beraz, kanpo faktore horiekin kontaktu zuzena izan duten bizidunek eragin nabarmenak pairatzeaz gain, denbora zehar mantentzen dituzte memoria zelularra baimentzen duten mekanismoen bidez, eta horrez gain, eragin horien belaunaldiz belaunaldiko herentzia bat ere eman daitekeela ziurtatzen dituzten zantzuak geroz eta ugariagoak dira.Aurrekari horiek kontuan hartuta, doktore-tesi honen helburu nagusia morfinak eragin ditzakeen aldaketa epigenetiko nagusiak identifikatu, eta horiek zelulen edota organismo bizidun konplexuen fisiologian eragin ditzakeen aldaketak aztertzea izan da. Aldaketa fisiologiko horiek eragiten dituzten mekanismo epigenetiko ezberdinak badaude ere, kasu honetan DNAren metilazioan zentratu gara, eta Bigarren Belaunaldiko Sekuentziazio teknikak erabili ditugu metiloma aztertzeko helburuarekin. Ikerketa lan honek, besteak beste, memoria epigenetikoaren atzean dauden mekanismoak aztertzeko aukera eskaini digu. Morfinak asaldurak sortzen ditu birprogramazio epigenetikoan funtsezko prozesua den X kromosomaren inaktibazioan, eta gainera, asaldura horiek mantentzeko eta heredatzeko potentzialtasuna dutenez, morfinak eragindako zelularteko memoriaren azpian dauden mekanismo epigenetikoak ikertu ditugu. Horrez gain, birprogramazioaren helburu nagusia den eta zelula amen bereizgarria den pluripotentzia indartua geratzen dela frogatu dugu morfinaren presentzian, horretarako ezinbestekoak diren zenbait prozesu molekular bultzatuz; transkripzio faktore garrantzitsuen adierazpena doiketa, genomaren estatus epigenetikoa murrizketa, eta X kromosoma egoera aktiboaren mantenua. Horrek, morfinaren erabilpenak zelulen fisiologian izan ditzakeen ondorioetan are gehiago sakontzeko aukera eskaini digu, aurrerapauso interesgarriak gauzatuz enbrioiaren garapen-prozesuaren ezagutzan