Метилирование отдельных CpG-сайтов гена СSF1 как фактор регуляции его экспрессии и маркер биологического возраста человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ассоциированное с возрастом изменение характера метилирования считается важным предиктором биологического возраста человека. Изменение уровня метилирования CpG-динуклеотидов способствует сдвигу в работе ряда генов, в том числе ассоциированных с функционированием иммунной системы. В число этих генов входит ген CSF1, белковый продукт которого ассоциирован с воспалительным старением, что делает его важным биомаркером возрастзависимых заболеваний. Методом MALDI-TOF масс-спектрометрии определен профиль метилирования ассоциированного с промотором CpG-островка гена CSF1. Проведен поиск зависимостей между характером метилирования CpG-сайтов внутри исследуемых регионов и относительным уровнем мРНК гена CSF1 и его белковым продуктом у лиц разных возрастных групп. Показан высокий уровень корреляции двух CpG-сайтов с исследуемыми параметрами и установлено, что эти CpG-динуклеотиды входят в состав сайтов связывания факторов транскрипции семейства NFI и фактора EGR1. Предполагается, что эти CpG-сайты играют важную роль в регуляции экспрессии гена CSF1.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Д. Сергеева

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.d.sergeeva@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород, 603022

А. Д. Перенков

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: a.d.sergeeva@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород, 603022

М. В. Ведунова

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: a.d.sergeeva@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород, 603022

Список литературы

  1. Jiang S., Guo Y. (2020) Epigenetic clock: DNA methylation in aging. Stem Cells Int. 2020, 1047896.
  2. Perez-Gomez A., Buxbaum J.N., Petrascheck M. (2020) The aging transcriptome: read between the lines. Curr. Opin. Neurobiol. 63, 170–175.
  3. Takasugi M., Yoshida, Y., Nonaka Y., Ohtani N. (2023) Gene expressions associated with longer lifespan and aging exhibit similarity in mammals. Nucl. Acids Res. 51(14), 7205–7219.
  4. Chen L., Ganz P.A., Sehl M.E. (2022) DNA methylation, aging, and cancer risk: a mini-review. Front. Bioinform. 2, 847629.
  5. Johnson A.A., Akman K., Calimport S.R., Wuttke D., Stolzing A., de Magalhães J.P. (2012) The role of DNA methylation in aging, rejuvenation, and age-related disease. Rejuvenation Res. 15(5), 483–494.
  6. Keenan C.R., Allan R.S. (2019) Epigenomic drivers of immune dysfunction in aging. Aging Cell. 18(1), e12878.
  7. Einarsson H., Salvatore M., Vaagensø C., Alcaraz N., Bornholdt J., Rennie S., Andersson R. (2022) Promoter sequence and architecture determine expression variability and confer robustness to genetic variants. eLife. 11, e80943.
  8. Kreamer N.N., Phillips R., Newman D.K., Boedicker J.Q. (2015) Predicting the impact of promoter variability on regulatory outputs. Sci. Rep. 5, 18238.
  9. Nojimaa S., Fuchikamia M., Kataokaa T., Arakia M., Omuraa J., Miyagia T., Okamotoa Y., Hishimotob A., Morinobu S. (2021) Alterations in DNA methylation rates of brain-derived neurotrophic factor in patients with schizophrenia. Eur. J. Psychiatry. 35(2), 67‒74.
  10. de Mendoza A., Nguyen T.V., Ford E., Poppe D., Buckberry S., Pflueger J., Grimmer M.R., Stolzenburg S., Bogdanovic O., Oshlack A., Farnham P.J., Blancafort P., Lister R. (2022) Large-scale manipulation of promoter DNA methylation reveals context-specific transcriptional responses and stability. Genome Biol. 23(1), 163.
  11. Vavouri T., Lehner B. (2012) Human genes with CpG island promoters have a distinct transcription-associated chromatin organization. Genome Biol. 13(11), R110.
  12. Nam A.R., Lee K.H., Hwang H.J., Schabort J.J., An J.H., Won S.H., Cho J.Y. (2020) Alternative methylation of intron motifs is associated with cancer-related gene expression in both canine mammary tumor and human breast cancer. Clin. Epigenetics. 12(1), 110.
  13. Zhang X., Wu M., Xiao H., Lee M.T., Levin L., Leung Y. K., Ho S.M. (2010) Methylation of a single intronic CpG mediates expression silencing of the PMP24 gene in prostate cancer. Prostate. 70(7), 765–776.
  14. Hong J., Je-Keun R. (2022) Genomic effect of DNA methylation on gene expression in colorectal cancer. Biology. 11(10), 1388.
  15. Walker K.A., Basisty N., Wilson D.M., 3rd, Ferrucci L. (2022) Connecting aging biology and inflammation in the omics era. J. Clin. Invest. 132(14), e158448.
  16. Li X., Li C., Zhang W., Wang Y., Qian P., Huang H. (2023) Inflammation and aging: signaling pathways and intervention therapies. Signal Transduct. Target. Ther. 8(1), 239.
  17. Yusipov I., Kondakova E., Kalyakulina A., Krivonosov M., Lobanova N., Bacalini M.G., Franceschi C., Vedunova M., Ivanchenko M. (2022) Accelerated epigenetic aging and inflammatory/immunological profile (ipAGE) in patients with chronic kidney disease. GeroSci. 44(2), 817–834.
  18. Wing M.R., Devaney J.M., Joffe M.M., Xie D., Feldman H.I., Dominic E.A., Guzman N.J., Ramezani A., Susztak K., Herman J.G., Cope L., Harmon B., Kwabi-Addo B., Gordish-Dressman H., Go A.S., He J., Lash J.P., Kusek J.W., Raj D.S., Chronic Renal Insufficiency Cohort (CRIC) Study (2014) DNA methylation profile associated with rapid decline in kidney function: findings from the CRIC study. Nephrol. Dial. Transplant. 29(4), 864–872.
  19. Maldonado M.D.M., Schlom J., Hamilton D.H. (2023) Blockade of tumor-derived colony-stimulating factor 1 (CSF1) promotes an immune-permissive tumor microenvironment. Cancer Immunol. Immunother. 72(10), 3349‒3362.
  20. Ambrosi T.H., Marecic O., McArdle A., Sinha R., Gulati G.S., Tong X., Wang Y., Steininger H.M., Hoover M.Y., Koepke L.S., Murphy M.P., Sokol J., Seo E.Y., Tevlin R., Lopez M., Brewer R.E., Mascharak S., Lu L., Ajanaku O., Conley S.D., Seita J., Morri M., Neff N.F., Sahoo D., Yang F., Weissman I.L., Longaker M.T., Chan C.K.F. (2021) Aged skeletal stem cells generate an inflammatory degenerative niche. Nature. 597(7875), 256‒262. doi: 10.1038/s41586-021-03795-7
  21. Plotkin L.I., Bivi N. (2014) Chapter 3: Local regulation of bone cell function. In: Basic and Applied Bone Biology. Eds Burr D.B., Allen M.R. San Diego: Acad. Press, pp. 47–73.
  22. Menke J., Iwata Y., Rabacal W.A., Basu R., Stanley E.R., Kelley V.R. (2011) Distinct roles of CSF-1 isoforms in lupus nephritis. J. Am. Soc. Nephrol. 22(10), 1821–1833.
  23. Cain J.A., Montibus B., Oakey R.J. (2022) Intragenic CpG Islands and their impact on gene regulation. Front. Cell Develop. Biol. 10, 832348.
  24. Ogushi S., Yoshida Y., Nakanishi T., Kimura T. (2020) CpG site-specific regulation of metallothionein-1 gene expression. Int. J. Mol. Sci. 21(17), 5946.
  25. Piber D., Olmstead R., Cho J.H., Witarama T., Perez C., Dietz N., Seeman T.E., Breen E.C., Cole S.W., Irwin M.R. (2019) Inflammaging: age and systemic, cellular, and nuclear inflammatory biology in older adults. J. Gerontol. Ser. A, Biol. Sci. Med. Sci. 74(11), 1716–1724.
  26. O´Brien J., Hayder H., Zayed Y., Peng C. (2018) Overview of microRNA biogenesis, mechanisms of actions, and circulation. Front. Endocrinol. 9, 402.
  27. Zhou, W.Y., Cai Z.R., Liu J., Wang D.S., Ju H. Q., Xu R.H. (2020) Circular RNA: metabolism, functions and interactions with proteins. Mol. Cancer. 19(1), 172.
  28. Dong X., Weng Z. (2013) The correlation between histone modifications and gene expression. Epigenomics. 5(2), 113–116.
  29. Kaikkonen M.U., Lam M.T., Glass C.K. (2011) Non-coding RNAs as regulators of gene expression and epigenetics. Cardiovascular Res. 90(3), 430–440.
  30. Liu R., Liu H., Chen X., Kirby M., Brown P.O., Zhao K. (2001) Regulation of CSF1 promoter by the SWI/SNF-like BAF complex. Cell. 106(3), 309–318.
  31. Fane M., Harris L., Smith A.G., Piper M. (2017) Nuclear factor one transcription factors as epigenetic regulators in cancer. Int. J. Cancer. 140(12), 2634–2641.
  32. Reynolds L.M., Taylor J.R., Ding J., Lohman K., Johnson C., Siscovick D., Burke G., Post W., Shea S., Jacobs D.R., Jr, Stunnenberg H., Kritchevsky S.B., Hoeschele I., McCall C.E., Herrington D., Tracy R.P., Liu Y. (2014) Age-related variations in the methylome associated with gene expression in human monocytes and T cells. Nat. Commun. 5, 5366.
  33. Wang B., Guo H., Yu H., Chen Y., Xu H., Zhao G. (2021) The role of the transcription factor EGR1 in cancer. Front. Oncol. 11, 642547.
  34. Havis E., Duprez D. (2020) EGR1 transcription factor is a multifaceted regulator of matrix production in tendons and other connective tissues. Int. J. Mol. Sci. 21(5), 1664.
  35. Trizzino M., Zucco A., Deliard S., Wang F., Barbieri E., Veglia F., Gabrilovich D., Gardini A. (2021). EGR1 is a gatekeeper of inflammatory enhancers in human macrophages. Sci. Аdv. 7(3), eaaz8836.
  36. Duclot F., Kabbaj M. (2017) The role of Early Growth Response 1 (EGR1) in brain plasticity and neuropsychiatric disorders. Front. Behav. Neurosci. 11, 35.
  37. Senapati P., Miyano M., Sayaman R.W., Basam M., Trac C., Leung A., LaBarge M.A., Schones D.E. (2022) Normal mammary epithelia accumulate DNA methylation changes with age that are consistent with breast cancer methylomes. bioRxiv. doi: 10.1101/2020.06.26.170043

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема участков гена CSF1, выбранных для анализа метилирования. Регион I находится в промоторе и частично в первом экзоне гена CSF1, он содержит 21 анализируемый CpG-динуклеотид. Регион II расположен в первом интроне гена и содержит восемь анализируемых CpG-сайтов.

Скачать (115KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Диаграмма разброса уровня метилирования CpG-сайтов в исследуемых регионах гена CSF1. Красным обозначены CpG-сайты с высоким уровнем метилирования; желтым – со средним; cиним – с низким.

Скачать (140KB)
Метаданные
4. Рис. 3. CpG-сайты гена CSF1 с разным уровнем метилирования. 1 – Группа с высоким уровнем метилирования; 2 – группа со средним уровнем метилирования; 3 – группа с низким уровнем метилирования.

Скачать (54KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Уровень метилирования CpG12 и CpG17 (а), CpG18 и CpG29 (б) у доноров разных возрастных групп.

Скачать (158KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Уровни метилирования CpG18 (а), CpG19 (б) и CpG29 (в) в разных возрастных группах.

Скачать (92KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость уровня метилирования CpG22 и CpG24 (а), CpG18 и CpG29 (б) от относительного уровня мРНК CSF1 у доноров.

Скачать (158KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Уровень CSF1 в плазме доноров разного возраста.

Скачать (80KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Схема исследуемого региона CpG-островка гена CSF1. Красным цветом обозначены CpG с высоким уровнем метилирования, желтым – со средним, синим – с низким. Стрелка показывает направление транскрипции. Серыми кругами указаны транскрипционные факторы, в сайты посадки которых входят указанные CpG-динуклеотиды. CpG1–21 относятся к промотору, CpG22–29 – к интрону. Транскрипционные факторы семейства NFI и фактор EGR1 ассоциированы с регуляцией гена CSF1.

Скачать (189KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024