Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Метилирование гистона Н3 в нейронах грибовидных тел мозга медоносной пчелы при обучении

Работа №134809

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

биотехнология

Объем работы46
Год сдачи2018
Стоимость4950 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
69
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
1. ВВВЕДЕНИЕ
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2.1. Структурно-функциональная организация хроматина
2.1.1. Гистоны
2.1.2. Нуклеосомы
2.1.3. Ремоделирование хроматина
2.2. Хроматин и транскрипция
2.2.1. Транскрипционно – активный хроматин
2.2.2. Регуляция транскрипции у эукариот на уровне хроматина
2.2.3. Типы посттрансляционных модификаций гистонов
2.2.4. Метилирование Н3К4
2.2.5. Ферменты, метилирующие/деметилирующие гистоны
2.3. Долговременная память и эпигенетическая регуляция экспрессии генов
2.3.1. Молекулярно – генетические и физиологические основы обучения и памяти у
животных
2.3.2. Роль эпигенетических модификаций в процессе формирования памяти.............27
2.4. Условный пищевой обонятельный рефлекс вытягивания хоботка – модель для
изучения памяти медоносной пчелы
3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
3.1. Материал
3.2. Методы
3.2.1. Метод выработки пищевого условного рефлекса
3.2.2. Иммуногистохимический метод
3.2.3. Статистическая обработка
4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
5. ВЫВОДЫ
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Бурное развитие нейронаук в последние десятилетия способствовало
значительному прогрессу в понимании тонких механизмов функционирования мозга:
нейротрансмиссии, активности цитоскелета, синаптогенеза, а также экспрессии генов.
Исследования последних десятилетий не оставляют сомнений в том, что формирование
долговременной памяти сопровождается изменением функционального состояния генома
(Гринкевич. 2012). Важнейшим механизмом изменения транскрипционного состояния
генов в процессе обучения является обратимая реорганизация хроматина, которая
осуществляются посредством присоединения/удаления специфических химических групп
к ДНК и к гистонам. Ферменты, вносящие или снимающие ковалентные
посттрансляционные модификации в гистоновые терминали, играют важную роль в
регуляции генной активности.
Эпигенетические процессы, протекающие в мозге при обучении, стрессе,
различных нейропсихических и нейродегенератиных заболеваниях в настоящий момент
широко изучаются на различных животных моделях. В ряде работ показано участие
метилирования гистона Н3 по лизину 4 (Н3К4mе - модификации, связанные с активацией
транскрипции генов) в работе ЦНС. Нарушения в Н3К4mе характерны для ряда
нейропсихических патологий, таких как синдром Видеманна-Штайнера, синдром
Клеефстры, синдром Кабуки, аутизм, при некоторых типах умственного отставания,
афазиях, шизофрении, тревожности и депрессии (Shen et al., 2014).
Таким образом, данные полученные в ряде экспериментов на млекопитающих,
свидетельствуют об участии посттрансляционных модификаций гистонов и ДНК в
когнитивных процессах. Однако, несмотря на очевидную актуальность, на насекомых
подобных исследований на сегодняшний день недостаточно. Основываясь на доказанном
сходства клеточных механизмов обучения и памяти позвоночных и беспозвоночных
животных, была высказана идея о том, что эпигенетические механизмы регуляции
функционального состояния генома, лежащие в основе когнитивных процессов,
свойственны представителем обоих групп.
К настоящему моменту существует всего несколько работ, посвященных участию
ковалентных модификаций ДНК и гистонов (метилирование) в процеccе формирования
памяти у такого важного объекта в экологическом и экономическом аспектах как
медоносная пчела Apis mellifera. Медоносная пчела, обладает богатым поведенческим
репертуаром при относительно просто устроенной ЦНС. Пчела способна формировать
угашать и переделывать сложные условные рефлексы. Морфологическим субстратом8
формирования и хранения памяти у пчелы (и других насекомых) являются парные
грибовидные тела.
Ранее в работе Швецова с соавторами (2013) было показано участие суммарного дитриметилирования гистона Н3 по лизину 4 в нейронах грибовидных тел в формировании памяти у медоносной пчелы. Монометилирование гистона Н3 по лизину 4 при формировании памяти ранее не исследовалось. Также до сих пор у медоносной пчелы не изучены ферменты, метилирующие гистоны.
В связи с этим целью данной работы было изучение регуляторных механизмов
метилирования гистона Н3 в нейронах мозга, в связи с сохранением в памяти пищевого условного рефлекса у медоносной пчелы.
Задачи:
У пчел, с выработанным условным рефлексом и без него, через час после
процедуры обучения сопоставить:
1) Экспрессию генов гистоновой метилтрансферазы Setd1 и гистоновой деметилазы Kdm1 в мозге;
2) долю нейронов в каликсах грибовидных тел, содержащих монометилированный по
лизину 4 гистон Н3.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

1. Условно-рефлекторная реакция у медоносной пчелы Apis mellifera L. связана
с экспрессиией гена Setd1. Для гена деметилазы Kdm1a такая связь не обнаружена.
2. В формировании условного рефлекса у медоносной пчелы Apis mellifera L.
задействованы нейроны медиального каликса грибовидных тел, в которых отмечено
повышение уровня монометилированного гистона Н3 по лизину 4.


1. Аппель Б. (2013). Нуклеиновые кислоты: от А до Я. 413.
2. Батуев А.С. (2002). Высшая нервная деятельность. 416.
3. Воробьева О.В. (2014). Индукция ацетилирования игнгибированием гистонметилаз
реверсирует формирование долговременной памяти у плохо обучающихся
животных с дисфункцией серотонинергических нейронов. Вавиловский журнал
генетики и селекции, 18(2), 345.
4. Воскресенская А.К. (1957). О роли грибовидных тел надглоточного ганглия в
условных рефлексах медоносной пчелы. 964-967.
5. Гринкевич Л.Н. (2012). Эпигенетика и формирование долговременной памяти.
Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 98(5). 553-574.
6. Гринкевич Л.Н. (2012). Исследование метилирования гистона H3 при
формировании долговременной памяти. Российский физиологический журнал им.
И.М. Сеченова. 98(9). 1111-1118.
7. Гринкевич Л. Н., Воробьева О. В. (2014) Роль модуляторного медиатора
серотонина в индукции эпигенетических процессов при формировании
долговременной памяти у Helix. Вавиловский журнал генетики и селекции, 18(2),
298.
8. Корочкин Л.И., Михайлов А.Т. (2000). Введение в нейрогенетику. 274.
9. Разин, С. В., Быстрицкий А.А. (2013). Хроматин: упакованный геном. 172.
10. Лопатина Н.Г., Чеснокова Е. Г. (1992). Условные рефлексы и память у медоносной
пчелы. Ж. ВНД, 42(5), 890-903.
11. Лопатина Н.Г., Рыжова И.В., Зачепило Т.Г., Смирнов В.Б., Чеснокова Е.Г. (2004).
L-глутамат в формировании долговременной памяти медоносной пчелы Apis
mellifera. Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 40(6), 539-545.
12. Свидерский В.Л. (1980). Основы нейрофизиологии насекомых. 280.
13. Свидерский В.Л. (2004). О структурно-функциональной организации грибовидных
тел стрекоз и некоторые общие соображения о назначении этих образований.
Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 40(6), 495-507.
14. Шевченко К.Г., Данилова А.Б., Гринкевич Л.Н. (2009). Посттрансляционная
модификация гистона Н3 при консолидации и реконсолидации памяти у моллюска
Helix. Вестник ВОГиС, 13(4), 35.
15. Швецов А.В., Зачепило Т.Г., Вайдо А.И., Швецов А.В., Камышев Н.Г., Лопатина
Н.Г. (2013). Об эпигенетической регуляции процесса формирования42
долговременной памяти. Журнал эволюционной биохимии и физиологии, 49(2), 97-
104.
16. Abel T., Zukin R.S. (2008). Epigenetic targets of HAD Cinhibition in neurodegenerative
and psychiatric disorders. Curr. Opin. Pharmacol., 8(1), 57–64.
17. Alarcon J.M., Malleret G., Touzani K., Vronskaya S., Ishii S., Kandel E.R., Barco A.,
Alarcon J.M. (2004). Chromatin acetylation, memory, and LTP are impairedin CBP +/–
mice: a model for the cognitive deficitin Rubistein-Taybi syndrome andits amelioration.
Physiol. Rev., 42(6), 947–959.
18. Bannister A.J., Schneider R., Kouzarides T. (2010). Histone methylation: dynamic or
static? Nat. Rev. Cancer., 10 (7), 457-469.
19. Bartova E., Krejci J., Harnicarova A. (2008). Histone modifications and nuclear
architecture: a review. Histochem. Cytochem., 56(8), 711-21.
20. Bernstein B.E., Kamal, M., Lindblad-Toh, K., Bekiranov, S., Bailey, D.K., Huebert, D.J.,
McMahon, S., Karlsson, E.K., Kulbokas, E.J. 3rd, Gingeras, T.R. et al. (2005). Genomic
maps and comparative analysis of histone modifications in human and mouse. Cell,120,
169–181.
21. Biergans S.D., Claudianos C., Reinhard J., Galizia C.G. (2017). DNA methylation
mediates neural processing after odor learning in the honeybee. Nature, 27(7). 43-635.
22. Bird A.P. (1986). CpG-rich islands and the function of DNA methylation. Nature, 321,
209-213.
23. Bourc'his D., Bestor Т.Н. (2004). Meiotic catastrophe and retrotransposon reactivation in
male germ cells lacking Dnmt3L. Nature 431, 96-99.
24. Bredy T. W., Wu H., Crego C., Zellhoefer J., Sun Y. E., Barad M. (2007). Histone
modifications around individual BDNF gene promoters in prefrontal cortex are
associated with extinction of conditioned fear. Learn. Mem., 14, 268-276.
25. Bayraktar G., Kreutz M.R. (2018). Neuronal DNA Methyltransferases: Epigenetic
Mediators between Synaptic Activity and Gene Expression? Neuroscientist, 24(2), 171-
185.
26. Butler J.S., Dent S.Y. (2013). The role of chromatin modifiers in normal and malignant
hematopoiesis. Blood., 121(16), 3076-3084.
27. Calo E., Wysocka J. (2013). Modification of enhancer chromatin: what, how and why?
Mol Cell. 7(49(5)). 1-24.
28. Korzus E., Rosenfeld M. G., Mayford M. (2004). CBP histone acetyltransferase activity
is a critical component of memory consolidation. Neuron., 42, 961-972.43
29. Danilova A.B., Kharchenko, K.G. Shevchenko O.A., Grinkevich L.N. (2010). Histone
H3 acetylation is asymmetricallyinduced upon learningin identified neurons of the food
aversion network in the mollusk Helixlucorum. Front. Behav. Neurosci., 4(180), 1–7.
30. Di Lorenzo A., Bedford M.T. (2011). Histone arginine methylation. FEBS Lett, 585(13),
2024-2031.
31. Ernst P., Vako C.R. (2012). WRAD: enabler of the SET1-family of H3K4
methyltransferases. Brief Funct Genomics., 11(3), 217-226.
32. Feng J., Zhou Y., Campbell S.L., Le T., Li E., Sweatt J.D., Silva A.J., Fan G. (2010).
Dnmt1 and Dnmt3a maintain DNA methylation and regulate synaptic function in adult
forebrain neurons. Nat. Neurosci., 13, 423-430.
33. Flanagan J.F., Mi L.Z., Chruszcz M., Cymborowski M., Clines K.L., Kim Y., Minor W.,
Rastinejad F., Khorasanizadeh S. (2005). Double chromodomains cooperate to recognize
the methylated histone H3 tail. Nature, 438(7071), 1181-1185.
34. Goll M.G., Kirpekar E., Maggert K.A., Yoder J.A., Hsieh C.L., Zhang X., Golic K.G.,
Jacobsen S.E., and Bestor Т.Н. (2006). Methylation of tRNAAsp by the DNA
methyltransferase homolog Dnmt2. Science, 311, 395- 398.
35. Chen F., Mottino G., Shin V.Y., Frank J.S. (1997). J. Mol. Cell Cardiol, 29, 2621-2629.
36. Guan Z., Giustetto M., Lomvardas S., Kim J.H., Miniaci M.C., Schwartz J.H., Thanos D.,
Kandel E.R. (2002). Integration of long-term-memory-related synapticplasticity involves
bidirectional regulation of gene expression and chromatin structure. Cell, 111(4), 483 –
493.
37. Gupta J., Haggarty S. J., Giacometti E. (2009). HDAC2 negatively regulates memory
formation and synaptic. Nature, 111(4), 483–493.
38. Henry K.W., Wyce A., Lo W.S., Duggan L.J., Emre N.C., Kao C.F., Pillus L., Shilatifard
A., Osley M.A., and Berger S.L. (2003). Transcriptional activation via sequential histone
H2B ubiquitylation and deubiquitylation, mediated by SAGA-associated Ubp8. Genes
Dev., 17, 2648-2663.
39. Honda B.M., Dixon G.H., Candido E.P. (1975). Sites of in vivo histone methylation in
developing trout testis. J. Biol. Chem., 250, 8681–8685.
40. Ishii K.J., Akira S. (2005). TLR ignores methylated RNA? Immunity., 23, 111-113.
41. Jeddeloh J.A., Stokes..L., Richards E.J. (1999). Maintenance of genomic methylation
requires a SWI2/SNF2-like protein. Nat. Genet., (22), 94-97
42. Jenuwein T., Allis C.D. (2001). Translating the histone code. Science., 293, 1074-1080.44
43. Jones P.L., Veenstra G.J., Wade P.A., Vermaak D., Kass S.U., Landsberger N.,
Strouboulis J., and Wolffe A.P., (1998). Methylated DNA and MeCP2 recruit histone
deacetylase to repress transcription. Nat. Genet., 19, 187-191.
44. Kao C.F., Hillyer C., Tsukuda T., Henry K., Berger S., and Osley M.A. (2004). Rad6
plays a role in transcriptional activation through ubiquitylation of histone H2B. Genes
Dev., 18, 184-195.
45. Kandel E. (2012). The molecular biology of memory: CAMP, PKA, CRE, CREB – 2,
and CREB. Mol. Brain., 5(14), 1 – 2.
46. Klose R.J., Zhang Y. (2007) Regulation of histone methylation by demethylimination and
demethylation. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 8 (4), 307–318.
47. Lee M.G., Wynder C., Cooch N., and Shiekhattar R. (2005). An essential role for
CoREST in nucleosomal histone 3 lysine 4 demethylations. Nature., 437, 432-435.
48. Lefer D., Perisse E., Hourcade B., Sandoz J., Devaud J.M. (2012). Two waves of
transcription are required for long-term memory in the honeybee. Learn Mem., 20(1), 29-
33.
49. Levenson J. M., O’Riordan K. J., Brown K. D., Trinh M. A., Molfese D. L., Sweatt J. D.
(2004). Regulation of histone acetylation during memory formation in the hippocampus.
J. Biol.Chem., 279(40), 545-559.
50. Li H., Ilin S., Wang W., Duncan E.M., Wysocka J., Allis C.D., and Patel D.J. (2006).
Molecular basis for site-specific read-out of histone H3K4me3 by the BPTF PHD finger
of NURF. Nature., 442, 91-95.
51. Lyko F. (2001) DNA methylation learns to fly. Trends Genet., 17, 169- 172.
52. Martin C., Zhang Y. (2005). The diverse functions of histone lysine methylation. Nat.
Rev. Mol. Cell Biol., 6(11), 838-849.
53. Maiques-Diaz A., Somervaille T. (2016). LSD1: biologic roles and therapeutic targeting.
Epigenomics, 8(8), 356.
54. Menzel R. (1999). Memory dynamics in the honeybee. J. Comp. Physiol., 185, 323-340.
55. Menzel R. (2001). Searching for the memory trace in a mini-brain, the honeybee. Learn
Mem., 8(2), 53-62.
56. Menzel R. (2012). The honeybee as a model for understanding the basis of cognition. Nat
Rev Neurosci., 13(11), 758-68.
57. Merschbaecher K., Jakob H., Mueller U. (2012). Acetylation-Mediated Suppression of
Transcription-Independent Memory: Bidirectional Modulation of Memory by
Acetylation. PLoS One., 7(9), 123-156.45
58. Miller C.A., Sweatt J.D. (2007). Covalent modification of DNA regulates memory
formation. Neuron., 53, 857-869.
59. Mizzen C.A., and Allis, C.D. / Cell Mol. Life Sci. –. – № 54. – Р. 6-20.
60. Morris M.J., Monteggia L.M. (1998). Role of DNA methylation and the DNA
methyltransferases in learning and memory. Dialogues Clin. Neurosci., 16(3), 359-371.
61. R. Neelamegam, E. L. Ricq, M. Malvaez, D. Patnaik, S. Norton, S M. Carlin, I. T. Hill,
M. A. Wood, S. J. Haggarty, J M. Hooker. (2012). Brain-Penetrant LSD1 Inhibitors Can
Block Memory Consolidation. ACS Chem Neurosci. 3(2). 120–128.
62. Nishioka K., Chuikov S., Sarma K., Erdjument-Bromage H., Allis C.D., Tempst P.,
Reinberg D. (2002). Set9, a novel histone H3 methyltransferase that facilitates
transcription by precluding histone tail modifications required for heterochromatin
formation. Genes Dev., 16(4), 479-89.
63. Ng H.H., Robert F., Young R.A., Struhl, K. (2003). Targeted recruitment of Set1 histone
methylase by elongating Pol II provides a localized mark and memory of recent
transcriptional activity. Mol. Cell, 11, 709–719.
64. Petersen-Mahrt S. (2005). DNA deamination in immunity. Immunol. Rev., 203, 80-97.
65. Pokholok D.K., Harbison C.T., Levine S., Cole M., Hannett N.M., Lee T.I., Bell G.W.,
Walker K., Rolfe P.A., Herbolsheimer E., et al. (2005). Genome-wide map of
nucleosome acetylation and methylation in yeast. Cell, 122, 517-527.
66. Ruthenburg A.J. Allis, C.D., Wysocka, J. (2007). Methylation of lysine 4 on histone H3:
intricacy of writing and reading a single epigenetic mark. Mol. Cell, 25, 15-30.
67. Sando R., Gounko S. Pieraut L. Liao et.al. (2012). HDAC4 governs a transcriptional
program essential for synaptic plasticityandmemory. Cell, 151(4), 821 – 834.
68. Santos-Rosa H., Schneider R., Bannister A. J., Sherriff J., Bernstein B.E., Emre N.C.,
Schreiber S.L., Mellor J., Kouzarides T. (2002). Active genes are tri-methylated at K4 of
histone H3. Nature, 419. 407-411.
69. Shen E., Shulha H.,.Weng Z, Akbarian S. (2014). Regulation of histone H3K4
methylation in brain development and disease. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci.
369(1652). 213-514.
70. Schneider R., Bannister A.J., Myers F.A., Thorne A.W., Crane-Robinson C., Kouzarides,
T. (2004). Histone H3 lysine 4 methylation patterns in higher eukaryotic genes. Nat. Cell
Biol., 6, 77.
71. Sims R.J., Chen C.F., Santos-Rosa H., Kouzarides Т., Patel S.S., Reinberg D. (2006).
Human but not yeast CHD1 binds directly and selectively to histone H3 methylated at
lysine 4 via its tandem chromodomains. J. Biol. Chem., 51, 41789-41792.46
72. Strahl B. D., Alis C. D. (2000). The language of covalent histone modification. Nature,
403(6765), 41 – 45.
73. Sweatt J., Strahl D. B., Alis C. D. (2000). The language of covalent histone modification.
Nature, 403(6765), 41 – 45.
74. Wysocka J., Allis C.D., Coonrod S. (2006). Histone arginine methylation and its
dynamic regulation. Front. Biosci., 11, 344-355.
75. Wolffe A.P., Hayes J.J. (1994). Chromatin disruption and modification. Nucl. Acids
Res., 27, 711-720.
76. Wood M. A., Hawk.D., Abel T., Wood M.A. (2006). Сombinatorial chromatin
modification and memory storage: A code for memory. Learn. Mem., 13, 241 – 244.
77. Yan Q., Huang J., Fan Т., Zhu H., and Muegge K. (2003). Lsh, a modulator of CpG
methylation, is crucial for normal histone methylation. EMBO J., 22, 5154-5162.
78. Yu B., Yang Z., Li J., Minakhina S., Yang M., Padgett R.W., Steward R., Chen X.
(2005). Methylation as a crucial step in plant microRNA biogenesis. Science, 307, 932-
935.
79. Zhang Y., Reinberg D. (2001). Transcription regulation by histone methylation: Interplay
between different covalent modifications of the core histone tails. Genes Dev., 15, 2343-
2360

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.