Различные области мозга мыши по-разному реагируют на этанол

Расстройства, связанные с употреблением алкоголя, широко распространены, однако эффективной фармакотерапии пока нет. Это связано в том числе с масштабом и сложностью эффекта, который оказывает алкоголь на мозг. Ранее было показано, что алкоголь влияет на эпигеном и транскриптом мозга, включая альтернативный сплайсинг, но механизм ясен не до конца. Этим вопросом, а также различиями острого и хронического воздействия алкоголя, занялись исследователи из США.

Известно, что ацетат, получающийся при метаболизме этанола, участвует в ацетилировании гистонов в гиппокампе мыши. За процесс отвечает ацетил-КоА-синтетаза 2 (ACSS2), которая также регулирует добровольное потребление алкоголя мышами — при нокауте ACSS2 мыши пили меньше. Авторы проследили эпигенетические и транскриптомные последствия острого и хронического воздействия алкоголя на мозг мышей с акцентом на ключевые регионы: кора головного мозга, гиппокамп, вентральная (ВС) и дорсальная области стриатума (ДС).

Мышам вводили 2 г этанола на кг массы тела внутрибрюшинно. Инъекцию проводили один раз при моделировании острого воздействия алкоголя и 10 раз по одному разу в день при моделировании хронического. Через 4 часа после единственной или последней дозы алкоголя мозг мышей замораживали для дальнейшего анализа.

Сначала авторы проанализировали модификации H3K14ac, H3K23ac и H4K16ac в четырех областях мозга. При остром воздействии этанола, меченного дейтерием, в гиппокампе производный ацетат входил в состав всех трех модификаций, в коре — только H4K16ac, в ВС — только H3K23ac и H4K16ac, в ДС — ни в какую. То есть однократного воздействия этанола достаточно для включения производного ацетата в качества метки гистонов в некоторых, но не во исследованных областях мозга.

При хроническом воздействии в гиппокампе и коре меченый ацетат вошел в состав всех трех меток, в ДС — H3K23ac и H4K16ac, в ВС — H4K16ac. Похоже, что различные области мозга могут обладать разной чувствительностью к эпигенетическому воздействию ацетата, полученного из этанола.

Острое воздействие этанола влияло на количество гистоновых посттрансляционных модификаций во всех областях мозга, кроме ВС. Больше всего изменений было выявлено в коре, где число H3K9acK14ac выросло, а число H4K5acK16ac, H3K36me3 и H3K79me3 снизилось. В ДС число H3K79me2 снизилось, а в гиппокампе число H3K27me3 и H2A.Z.1K11ac выросло под действием этанола.

С другой стороны, хроническое воздействие этанола влияло на количество гистоновых посттрансляционных модификаций во всех областях мозга, сильнее всего — в ДС, где число H4K5ac, H4K8ac и H4K12ac снизилось, а H3K36me3 — выросло. В ВС выросло число H3K36me3 и H3K27me1, в коре снизилось число H4K5acK12acK16ac, в гиппокампе число H3K27me1K36me3 снизилось, а H2A.Z.1K11ac — выросло.

Только две модификации — H3K36me3 и H2A.Z.1K11ac — оказались затронуты при двух режимах введения этанола. В коре значимо изменилось число четырех модификаций, в гиппокампе — трех, в ДС и ВС — двух, если не смотреть на то, хроническим или острым было воздействие. Впрочем, модификации менялись и в ответ на введение солевого раствора, так что частично повлиять могли сами инъекции. Авторы подчеркивают, что влияние этанола проследили и до ацетилирования, и до метилирования, так что этанол влияет на модификации не только как дополнительный источник ацетильных групп.

Влияние этанола на транскриптом оценили в пяти регионах мозга: коре, дорсальной области гиппокампа (ДГ), вентральной области гиппокампа (ВГ), ДС и ВС. При остром воздействии этанола в коре было выявлено 956 дифференциально экспрессируемых генов (ДЭГ), в ДГ — 281, в ВГ — 578, в ДС — 1312, в ВС — 178. В коре снижалась экспрессия генов, связанных с транспортом глутатиона, сигналингом опиоидных рецепторов, пептидил-тирозин-фосфорилированием. В ВГ активнее экспрессировались гены, связанные с хемотаксисом дендритных клеток, а менее активно — с транспортом белков. В ДС повышалась экспрессия генов, вовлеченных в клеточную адгезию и регуляцию дофаминового метаболизма, снижалась — связанных с синаптическими процессами. В ВС снижалась экспрессия генов, связанных с ассоциативным обучением, аксоногенезом и постсинаптическим потенциалом. Во всех областях мозга вырос уровень экспрессии 1241 гена, снизился — 1591.

В ответ на хроническое воздействие этанола в коре появилось 155 ДЭГ, в ДГ — 223, в ВГ — 214, в ДС — 205, в ВС — 363. В коре снизилась экспрессия генов, связанных с кластеризацией рецепторов и регуляцией процессов иммунной системы. В ДГ выросла экспрессия генов, связанных с миелинизацией, снизилась — с процессами, происходящими в синапсах, и ответом на морфин. В ДС снизилась экспрессия генов, связанных с секрецией катехоламинов и регуляцией направленного роста аксонов, в ВС — с ассоциативным обучением. При хроническом воздействии алкоголя было меньше ДЭГ — 501 экспрессировались активнее, а 568 — слабее во всех областях. То есть острое воздействие этанола сильнее дерегулировало генную экспрессию, чем хроническое.

Связь хронического воздействия этанола и альтернативного сплайсинга была показана раньше. Теперь исследователи продемонстрировали, что острое воздействие тоже влияет на этот процесс: было выявлено 2914 дифференциально экспрессируемых транскриптов в коре, 936 — в ДГ, 3965 — в ВГ, 1775 — в ДС, 756 — в ВС. Во всех регионах увеличилась экспрессия 3938 изоформ и снизилась экспрессия 5113. Как и в случае генов, большая часть измененных транскриптов была характерна только для одной области мозга. При хроническом воздействии этанола в коре было выявлено 387 дифференциально экспрессируемых транскриптов, в ДГ — 664, в ВГ — 556, в ДС —773, в ВС — 117.

По словам авторов, это первое исследование, систематически изучающее эпигенетические и транскриптомные изменения после острого или хронического воздействия алкоголя, с акцентом на ключевые области, ранее связанные с расстройствами употребления психоактивных веществ. Молекулярное воздействие алкоголя варьировало в зависимости от области мозга и частично зависело от степени воздействия алкоголя.

Дрожжевой грибок в кишечнике снижает тягу к алкоголю