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Santos L, Behrens L, Barbosa C, Tiefensee-Ribeiro C, Rosa-Silva H, Somensi N, Brum PO, Silveira AK, Rodrigues MS, de Oliveira J, Gelain DP, Almeida RF, Moreira JCF. Histone 3 Trimethylation Patterns are Associated with Resilience or Stress Susceptibility in a Rat Model of Major Depression Disorder. Mol Neurobiol 2024; 61:5718-5737. [PMID: 38225513 DOI: 10.1007/s12035-024-03912-3] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/09/2022] [Accepted: 12/23/2023] [Indexed: 01/17/2024]
Abstract
Major Depressive Disorder (MDD) is a severe and multifactorial psychiatric condition. Evidence has shown that environmental factors, such as stress, significantly explain MDD pathophysiology. Studies have hypothesized that changes in histone methylation patterns are involved in impaired glutamatergic signaling. Based on this scenario, this study aims to investigate histone 3 involvement in depression susceptibility or resilience in MDD pathophysiology by investigating cellular and molecular parameters related to i) glutamatergic neurotransmission, ii) astrocytic functioning, and iii) neurogenesis. For this, we subjected male Wistar rats to the Chronic Unpredictable Mild Stress (CUMS) model of depression. We propose that by evaluating the sucrose consumption, open field, and object recognition test performance from animals submitted to CUMS, it is possible to predict with high specificity rats with susceptibility to depressive-like phenotype and resilient to the depressive-like phenotype. We also demonstrated, for the first time, that patterns of H3K4me3, H3K9me3, H3K27me3, and H3K36me3 trimethylation are strictly associated with the resilient or susceptible to depressive-like phenotype in a brain-region-specific manner. Additionally, susceptible animals have reduced DCx and GFAP and resilient animals present increase of AQP-4 immunoreactivity. Together, these results provide evidence that H3 trimethylations are related to the development of the resilient or susceptible to depressive-like phenotype, contributing to further advances in the pathophysiology of MDD and the discovery of mechanisms behind resilience.
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Affiliation(s)
- Lucas Santos
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil.
| | - Luiza Behrens
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Camila Barbosa
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Camila Tiefensee-Ribeiro
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Helen Rosa-Silva
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Nauana Somensi
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Pedro Ozorio Brum
- Max Perutz Labs, Vienna BioCenter, University of Vienna, Vienna, Austria
| | - Alexandre Kleber Silveira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Matheus Scarpatto Rodrigues
- Laboratório de Investigação de Desordens Metabólicas e Doenças Neurodegenerativas, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Jade de Oliveira
- Laboratório de Investigação de Desordens Metabólicas e Doenças Neurodegenerativas, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Daniel Pens Gelain
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
| | - Roberto F Almeida
- Centro de Ciências Químicas Farmacêuticas e de Alimentos, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Bioquímica e Bioprospecção, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS, Brazil
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo, Departamento de Bioquímica, Instituto de Ciências Básicas da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brazil
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Carazza-Kessler FG, Campos MS, Bittencourt RR, Rosa-Silva HTD, Brum PO, Silveira AK, Teixeira AA, Ribeiro CT, Peixoto DO, Santos L, Andrade G, Panzenhagen AC, Scheibel IM, Gelain DP, Fonseca Moreira JC. Transgenerational inheritance of methylmercury and vitamin A-induced toxicological effects in a Wistar rats environmental-based model. CHEMOSPHERE 2024; 351:141239. [PMID: 38272134 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141239] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/26/2023] [Revised: 12/22/2023] [Accepted: 01/15/2024] [Indexed: 01/27/2024]
Abstract
Mercury (Hg) and vitamin A (VitA) are two environmental factors with potential health impacts, especially during pregnancy and early childhood. Fish and seafood may present elevated levels of methylmercury (MeHg), the major Hg derivative, and VitA. This study aimed to evaluate the transgenerational effects of exposure to MeHg and/or VitA on epigenetic and toxicological parameters in a Wistar rat model. Our findings revealed persistent toxicological effects in generations F1 and F2 following low/mild doses of MeHg and/or VitA exposure during dams' (F0) gestation and breastfeeding. Toxicological effects observed in F2 included chronic DNA damage, bone marrow toxicity, altered microglial content, reduced neuronal signal, and diminished male longevity. Sex-specific patterns were also observed. Co-exposure to MeHg and VitA showed both synergistic and antagonistic effects. Additionally, the study demonstrated that MeHg and VitA affected histone methylation and caused consistent effects in F2. While MeHg exposure has been associated with transgenerational inheritance effects in other organisms, this study provides the first evidence of transgenerational inheritance of MeHg and VitA-induced toxicological effects in rodents. Although the exact mechanism is not yet fully understood, these findings suggest that MeHg and VitA may perpetuate their impacts across generations. The study highlights the need for remedial policies and interventions to mitigate the potential health problems faced by future generations exposed to MeHg or VitA. Further research is warranted to investigate the transgenerational effects beyond F2 and determine the matrilineal or patrilineal inheritance patterns.
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Affiliation(s)
- Flávio Gabriel Carazza-Kessler
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Marlene Soares Campos
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Reykla Ramon Bittencourt
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Helen Taís da Rosa-Silva
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Pedro Ozorio Brum
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Alexandre Kléber Silveira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Alexsander Alves Teixeira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Camila Tiefensee Ribeiro
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Daniel Oppermann Peixoto
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Lucas Santos
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Giovanni Andrade
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Alana Castro Panzenhagen
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Ingrid Matsubara Scheibel
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - Daniel Pens Gelain
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
| | - José Cláudio Fonseca Moreira
- Centro de Estudos em Estresse Oxidativo - Laboratório 32, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular - Instituto de Biociências - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, Rua Ramiro Barcelos 2600 - Prédio Anexo, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, 90035-003, Brazil.
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Aggarwal A, Yadav B, Sharma N, Kaur R, Rishi V. Disruption of histone acetylation homeostasis triggers cognitive dysfunction in experimental diabetes. Neurochem Int 2023; 170:105592. [PMID: 37598859 DOI: 10.1016/j.neuint.2023.105592] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/03/2023] [Revised: 08/10/2023] [Accepted: 08/16/2023] [Indexed: 08/22/2023]
Abstract
Epigenetic mechanisms related to diabetes-afflicted CNS complications are largely unknown. The present study investigated the role of histone acetylation mechanisms triggering cognitive dysfunction in the Type 1 and 2 diabetic mice model. Dynamic changes in diabetic parameters like fasting blood glucose levels, glucose tolerance test, and insulin levels were observed after the induction of diabetes. Cognitive performance was significantly diminished in T1D and T2D mice examined by the Morris water maze, novel object recognition test, and Y Maze as compared to controls. Histone profiling revealed a significant reduction in H3K9/14 and H4K12 acetylation in the cortex and hippocampus of T1D and T2D mice vs Controls. While histone deacetylase (HDAC) activity was significantly elevated in brain regions of T1D and T2D mice, the histone acetyltransferase (HAT) activity remain unchanged. Significantly increased HDAC 2, HDAC 3 protein and mRNA expression observed in T1D and T2D brain regions may corroborate for increased HDAC activity. No significant change was observed in protein and mRNA expression of HDAC 1, 5, 6, and 7 in diabetic brains. Reduced H3K9/14 and H4K12 acetylation paralleled transcriptional repression of memory-related markers BDNF, SYP, and PSD-95 in the cortex and hippocampus of T1D and T2D. Pharmacological inhibition of HDAC activity by Trichostatin A enhanced the cognitive changes observed in T1D and T2D by ameliorating BDNF, SYP, Psd-95. The present study provides a better insight into molecular mechanisms related to diabetes-dependent memory changes that can help to generate new advances for therapeutics to be developed in this area.
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Affiliation(s)
- Aanchal Aggarwal
- National Agri-Food Biotechnology Institute, Knowledge City, Sector-81, SAS Nagar, Punjab, India.
| | - Binduma Yadav
- National Agri-Food Biotechnology Institute, Knowledge City, Sector-81, SAS Nagar, Punjab, India; Regional Centre for Biotechnology (RCB), NCR Biotech Science Cluster, Faridabad, Haryana, India
| | - Nishtha Sharma
- National Agri-Food Biotechnology Institute, Knowledge City, Sector-81, SAS Nagar, Punjab, India
| | - Raminder Kaur
- National Agri-Food Biotechnology Institute, Knowledge City, Sector-81, SAS Nagar, Punjab, India; Department of Biotechnology, Sector-25, BMS Block I, Panjab University, Chandigarh, India
| | - Vikas Rishi
- National Agri-Food Biotechnology Institute, Knowledge City, Sector-81, SAS Nagar, Punjab, India.
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Aggarwal A, Sharma N, Khera A, Sandhir R, Rishi V. Quercetin alleviates cognitive decline in ovariectomized mice by potentially modulating histone acetylation homeostasis. J Nutr Biochem 2020; 84:108439. [DOI: 10.1016/j.jnutbio.2020.108439] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/29/2020] [Revised: 05/08/2020] [Accepted: 05/27/2020] [Indexed: 12/20/2022]
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S-nitrosoglutathione prevents cognitive impairment through epigenetic reprogramming in ovariectomised mice. Biochem Pharmacol 2019; 168:352-365. [DOI: 10.1016/j.bcp.2019.07.022] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/28/2019] [Accepted: 07/23/2019] [Indexed: 12/22/2022]
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