Epigenetic and gene expression changes in Alzheimer’s disease: The role of histone modifications and transcriptional regulation in different brain regions

A doença de Alzheimer está entre as principais doenças neurodegenerativas e é a causa mais frequente de demência entre a população idosa. Caracteriza-se pela manifestação de sintomas de perda de memória e declínio das funções cognitivas, e pelos achados neuropatológicos: formação de placas senis, emaranhados neurofibrilares e morte neuronal, que levam à atrofia cerebral e à sintomatologia associada à doença. A doença de Alzheimer de início tardio apresenta etiologia complexa, com o envolvimento de fatores genéticos e ambientais associados. Modificações pós-traducionais de histonas têm sido implicadas na patogênese da doença de Alzheimer de início tardio, embora o impacto dessas modificações e sua influência no estado transcricional associado ao início e/ou progressão da doença de Alzheimer ainda não sejam totalmente compreendidos. O presente estudo tem por objetivo investigar o padrão de distribuição das modificações pós-traducionais de histona H3K9ac e H3K27me3, identificar genes diferencialmente regulados por estas marcas e genes diferencialmente expressos em três regiões encefálicas de pacientes com DA comparados a controles idosos: córtex auditivo, cerebelo e hipocampo. Foram utilizadas seis amostras de córtex auditivo, cerebelo e hipocampo em cada grupo. O padrão de H3K9ac e H3K27me3 foi avaliado por meio da técnica de ChIP-Seq. Análises de enriquecimento funcional foram conduzidas a fim de avaliar as vias biológicas associadas aos genes diferencialmente regulados pelas marcas de histonas. A expressão gênica das amostras foi analisada por RNA-Seq. Análises de redes também foram realizadas com o intuito de identificar genes hub para a doença de Alzheimer. Foi observada uma hiperacetilação de H3K9 no cerebelo dos pacientes com DA em relação à região correspondente nos controles idosos, enquanto o hipocampo apresentou uma leve hipoacetilação. Os processos biológicos dos quais os genes hiper e hipoacetilados participam incluem regulação de GTPases, regulação da cascata de ERK1/2 e regulação do potencial de membrana. Em relação ao padrão de trimetilação de H3K27, foram observadas mudanças mais acentuadas no cerebelo dos pacientes com DA. Os processos biológicos associados a esses genes incluem regulação de atividade sináptica, diferenciação neuronal e transmissão sináptica. Os resultados do transcriptoma demonstraram 213 genes diferencialmente expressos no córtex auditivo e 10 no hipocampo de pacientes com DA em relação aos controles; porém, não foram identificados genes diferencialmente expressos no cerebelo. Nas análises de redes no córtex auditivo foram identificados potenciais genes hub, cujas funções estão relacionadas à dinâmica do citoesqueleto, transmissão sináptica e, sobretudo, à regulação de Rho GTPases, que parece ser um mecanismo associado à DA, assim como também demonstrado pela literatura. Os resultados apresentados neste estudo demonstraram diversos genes, e suas vias biológicas associadas, que podem representar processos implicados na patogênese da doença de Alzheimer. Embora seja necessária a replicação dos resultados em um número amostral maior, os resultados deste estudo podem contribuir para o entendimento de mecanismos moleculares alterados na doença de Alzheimer e fornece base para futuras pesquisas na área, além de auxiliar na busca por marcadores associados aos mecanismos patológicos da Doença de Alzheimer.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Bolsa de Doutorado CAPES – Código de Financiamento 001Auxílio à pesquisa FAPESP - Processo nº 2016/25562-0Auxílio à pesquisa CNPq - Processo nº 27/201