Les expériences sur la souris révèlent comment le stress au début de la vie peut laisser une empreinte épigénétique durable dans les circuits cérébraux liés à la dopamine, amorçant les réponses moléculaires, neuronales et comportementales au stress plus tard dans la vie.
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Dans une étude récente publiée dans la revue Neuroneles chercheurs ont étudié si l’adversité de l’enfance (« stress de la petite enfance » (ELS)) peuvent piloter des mécanismes épigénétiques qui modulent la sensibilité durable au stress ultérieur, avec un impact potentiel sur la vulnérabilité psychiatrique.
Données d’étude (aire tegmentale ventrale (TVA) modifications des histones) ont été initialement obtenues par spectrométrie de masse à haut débit dans un modèle murin. Par la suite, l’édition de l’épigénome viral, le profilage transcriptomique, l’électrophysiologie patch-clamp et les observations comportementales ont été utilisés pour élucider les résultats des modulations épigénétiques pilotées par l’ELS des réponses comportementales transcriptionnelles, neurophysiologiques et liées au stress ultérieures.
Les résultats de l’étude ont révélé que l’ELS enrichit la monométhylation de l’histone-3 lysine-4 (H3K4me1) et la monométhyltransférase H3K4 « SETD7 » dans le VTA du cerveau de souris. En outre, l’étude a établi que la manipulation bidirectionnelle de Setd7 chez des souris juvéniles a montré que l’enrichissement en Setd7/H3K4me1 peut être suffisant pour accroître les réponses transcriptionnelles, physiologiques et comportementales au stress de l’adulte, tandis que l’inactivation de Setd7 a démontré la nécessité d’effets physiologiques et comportementaux clés de l’ELS.
Ces résultats identifient un mécanisme biologique par lequel le stress au début de la vie peut coder une hypersensibilité durable au stress, et pourraient contribuer à éclairer les recherches futures sur les approches visant à promouvoir la résilience après l’adversité de l’enfance.
Sommaire
Arrière-plan
Un nombre croissant de preuves psychiatriques indiquent que l’adversité au début de la vie (« enfance ») représente un facteur de risque environnemental majeur pour le développement de la dépression, de l’anxiété et des troubles liés à l’usage de substances plus tard dans la vie. Les preuves cliniques et précliniques indiquent que l’adversité en début de vie est associée à des altérations durables des circuits de récompense neuronale, en particulier dans l’aire tegmentale ventrale (VTA) du mésencéphale.
Des preuves corrélationnelles suggèrent en outre que ces circuits neuronaux modifiés de récompense peuvent inciter les individus à présenter une sensibilité accrue aux facteurs de stress ultérieurs des adultes. Malheureusement, alors que des recherches antérieures identifiaient des modifications latentes de l’expression des gènes dans les circuits mésocorticolimbiques suite à un stress précoce, les preuves causales des mécanismes précis au niveau de la chromatine qui maintiennent cette mémoire transcriptionnelle restaient jusqu’à présent insaisissables.
À propos de l’étude
La présente étude visait à combler cette lacune neurobiologique et à éclairer les futures recherches psychiatriques en caractérisant le paysage chromatinien de la VTA suite à un stress au début de la vie et en déterminant si les modifications épigénétiques stimulent ou améliorent la sensibilité au stress chez l’adulte.
La recherche expérimentale a été menée sur des modèles murins (souris C57BL/6J) de stress au début de la vie (ELS), qui ont été soumis à des périodes de séparation maternelle de 3 à 4 heures au début de la vie (jours postnatals P10-P17) et à une réduction du matériel de nidification.
Les changements épigénétiques résultants dans les tissus VTA mâles adultes ont été cartographiés à l’aide d’une spectrométrie de masse en tandem par chromatographie liquide ascendante et impartiale (LC-MS/MS) pour quantifier les modifications individuelles et combinatoires des histones. Ces analyses ont identifié H3K4me1 parmi les marques d’histone modifiées, tandis que les analyses ultérieures de l’expression génique ont identifié Setd7 comme une enzyme modificatrice d’histone fortement modifiée.
Par la suite, l’étude a isolé les conséquences fonctionnelles des modifications de SETD7 à l’aide de vecteurs viraux (AAV9) conçus pour la surexpression juvénile de Setd7 (Setd7-OE) ou un ARN en épingle à cheveux court exprimé de manière neuronale (shARN)-renversement médié (Setd7-KD). Il est important de noter que la construction de surexpression utilisait un promoteur omniprésent et n’était pas spécifique aux neurones dopaminergiques.
Les conséquences de ces manipulations Setd7 ont été évaluées chez des souris C57BL/6J mâles et femelles dans trois domaines : 1. Séquençage massif d’ARN (Séquence d’ARN) a été utilisé pour suivre la réactivité transcriptionnelle au stress de défaite sociale chez l’adulte, 2. L’électrophysiologie patch-clamp de cellules entières a été exploitée pour mesurer l’excitabilité des neurones dopaminergiques VTA et les courants activés par l’hyperpolarisation (Ih) suite à un stress variable aigu, et 3. Des tests comportementaux, comprenant des tests d’interaction sociale et des tests en champ ouvert, ont été menés pour déterminer si la surexpression de Setd7 pouvait imiter la sensibilité au stress associée à l’ELS et si l’inactivation de Setd7 pouvait la réduire.
Résultats de l’étude
Les résultats LC-MS/MS ont confirmé que l’ELS modifiait de manière significative la dynamique de la queue des histones dans le VTA adulte, modifiant de nombreuses modifications des histones, dont beaucoup étaient associées à des états de chromatine permissive ou ouverte, H3K4me1 étant sélectionné pour le suivi mécaniste en raison de son association avec la chromatine ouverte ou amorcée et l’altération qui l’accompagne dans SETD7. Les auteurs ont rapporté que 75 % des changements de modification des histones étaient associés à des états de chromatine permissifs, ouverts, actifs, amorcés ou équilibrés.
Un criblage simultané de l’expression génique a révélé que l’ARN messager Setd7 (ARNm) a augmenté dans les tissus VTA adultes, tandis que l’immunohistochimie a montré une augmentation de la protéine nucléaire SETD7 dans les neurones dopaminergiques VTA au jour postnatal P21 après l’ELS. Des expériences de manipulation de Setd7 ont révélé que la surexpression de Setd7 murin juvénile augmentait les niveaux de VTA H3K4me1 de 34 % (P
Plus précisément, dans la protéine fluorescente verte (GFP) témoins exposés au stress des adultes, 72 % des gènes différentiellement exprimés étaient régulés négativement, alors que 94 % des gènes différant entre les souris Setd7-OE stressées par les adultes et les souris GFP stressées par les adultes étaient régulés positivement.
Les auteurs ont également constaté que la réponse transcriptionnelle produite par Setd7-OE différait de celle observée précédemment après ELS, ce qui suggère que SETD7/H3K4me1 ne représente qu’un composant des mécanismes par lesquels ELS sensibilise les réponses au stress ultérieur.
Des expériences électrophysiologiques ont révélé que, même si Setd7-OE ne modifiait pas le déclenchement de base, il augmentait de manière significative l’excitabilité des neurones dopaminergiques et augmentait les courants Ih dépolarisants à la suite d’un stress de la vie adulte ; la comparaison Ih-courant était significative à P = 0,023.
Les évaluations comportementales ont montré une augmentation parallèle de la sensibilité au stress, Setd7-OE augmentant considérablement la proportion de souris sensibles au stress de 8,3 % à 50 % (P = 0,003).
À l’inverse, il a été observé que la suppression de Setd7 dans le VTA juvénile réduisait les niveaux de H3K4me1 de 37 % (P = 0,0233). Chez les souris exposées à l’ELS, Setd7-KD a empêché l’hyperexcitabilité induite par le stress dans les neurones dopaminergiques, bloquant simultanément l’augmentation des courants Ih associée à l’ELS (P = 0,015) et réduit la susceptibilité au stress des adultes de 85 % à 33 % (P = 0,016).
Ensemble, ces résultats identifient SETD7/H3K4me1 comme cible mécaniste pour de futures recherches, mais n’établissent pas la thérapie génique ou une autre intervention ciblée sur SETD7 comme traitement viable chez l’homme.
Conclusions
La présente étude fournit des preuves causales liant l’enrichissement induit par l’ELS en SETD7 et H3K4me1 dans le VTA, y compris l’enrichissement en SETD7 dans les neurones dopaminergiques, à l’amorçage épigénétique d’une sensibilité durable au stress chez la souris.
Bien que les auteurs notent plusieurs limitations méthodologiques, notamment le promoteur non spécifique au type de cellule utilisé dans le vecteur de surexpression, l’expression virale propagée dans les noyaux adjacents du mésencéphale et le recours à différents paradigmes de stress chez l’adulte dans les analyses électrophysiologiques et comportementales, les résultats de l’étude indiquent qu’une enquête plus précise sur les modifications de la chromatine spécifiques au locus et l’activité SETD7 peut aider à déterminer si ce mécanisme peut éventuellement éclairer les approches visant à promouvoir la résilience après l’adversité de l’enfance.
