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Publicação
The role of high S-adenosylhomocysteine levelsand histone hypomethylation in cardiovasculardisease
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Resumo(s)
As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte nos países desenvolvidos. Assim sendo, é importante estudar os mecanismos moleculares causadores destas patologias, descobrindo novos mecanismos moleculares subjacentes e factores de risco, bem como novas formas de prevenção e terapias mais eficazes.
A desregulação do metabolismo da homocisteína, que leva ao aumento dos seus níveis circulantes no plasma (designada por hiperhomocisteinémia), está associada às doenças cardiovasculares. No entanto, os mecanismos inerentes à toxicidade vascular da homocisteína permanecem ainda por elucidar. Recentemente foi colocada a hipótese de que a acumulação do precursor da homocisteína, a S-adenosil-homocisteína (SAH), que ocorre em situações de hiperhomocisteinémia, poder conduzir à hipometilação celular, explicando assim a toxicidade vascular associada à hiperhomocisteinémia. A SAH funciona como inibidor da actividade enzimática da maioria das metiltransferases celulares que usam S-adenosilmetionina (SAM), o precursor metabólico da SAH, como dador de grupos metilo para as reacções de transmetilação que actuam sobre diversos compostos como DNA e proteínas, incluindo as histonas. A metilação do DNA e das histonas constituem mecanismos epigenéticos que regulam a expressão genética.
A Enhancer of Zeste Homolog 2 (EZH2) estabelece a trimetilação da lisina 27 da histona H3 (H3K27me3), uma marca epigenética envolvida na repressão de genes, através do aumento da condensação da cromatina. De entre os genes cuja transcrição é reprimida no endotélio, incluem-se aqueles que têm um papel na promoção da aterosclerose. A EZH2 é uma histona metiltransferase dependente da SAM e, consequentemente, a acumulação de SAH poderá afectar negativamente o funcionamento da EZH2. Assim sendo, se os níveis intracelulares de SAH aumentarem, o conteúdo de H3K27me3 celular poderá diminuir, com a consequente activação de genes pró-aterogénicos, o que contribuirá para o estabelecimento da aterosclerose e da patologia cardiovascular. Esta possibilidade constitui a hipótese de trabalho investigada no presente trabalho.
Para confirmar esta hipótese avaliámos se a acumulação intracelular de SAH levaria à diminuição de H3K27me3, quer in vitro, em células endoteliais humanas, quer in vivo usando células mononucleares do sangue periférico obtidas voluntariamente de doentes cardiovasculares e de controlos. Os nossos resultados indicam que, in vitro, a acumulação intracelular de SAH diminui a marca H3K27me3. Nas células endoteliais, a quantificação dos níveis intracelulares de SAM e SAH revelou uma acentuada diminuição da sua razão, confirmando uma capacidade de metilação celular diminuída, quando comparada com células controlo. Relativamente aos estudos in vivo, os resultados obtidos demonstraram que o conteúdo de H3K27me3 não diferiu de forma significativa nos doentes cardiovasculares e a na população controlo, apesar da razão SAM/SAH intracelular estar diminuída nos doentes cardiovasculares em relação aos controlos.
Embora os resultados in vitro corroborem a nossa hipótese, fomos incapazes de evidenciar in vivo, um relação inversa entre o ambiente de hipometilação celular e o conteúdo da marca epigenética dependente da EZH2 em células mononucleares do sangue periférico de doentes cardiovasculares. Assim, serão necessários estudos futuros, numa população-alvo mais alargada, para confirmar os resultados obtidos in vivo. Idealmente, estes estudos futuros deveriam incidir em doentes cardiovasculares que não estejam submetidos a nenhum tipo de medicação. Isto porque os resultados da avaliação de mediadores da aterosclerose, como o colesterol por exemplo, foram nitidamente influenciados pela terapia a que os doentes cardiovasculares estavam sujeitos aquando da colheita de sangue. Por outro lado, estes resultados foram, ainda assim, interessantes, comprovando a eficácia da medicação aconselhada aos doentes cardiovasculares, uma vez que estes revelaram, no geral, níveis de lípidos circulantes significativamente mais baixos do que os indivíduos controlo.
Adicionalmente, investigações futuras deverão alargar o estudo a outro tipo de células, como por exemplo células do tecido vascular. Com efeito, o conteúdo da marca epigenética H3K27me3 das células estudadas in vivo poderá não representar o conteúdo das células endoteliais. Só assim poderemos avaliar inequivocamente se a marca H3K27me3 está relacionada com o aparecimento e/ou desenvolvimento de um fenótipo endotelial pró-aterogénico. Deste modo poderemos também clarificar se a desregulação da actividade da EZH2 induzida pela SAH contribui efectivamente para o aparecimento da aterosclerose e doença cardiovascular.
Cardiovascular diseases (CVD) are the main cause of death in developed countries. Thus, it is important to study the mechanism that causes disease progression, uncover new risk factors, and new ways of effective prevention and therapeutic approaches. Increased levels of circulating homocysteine are associated with cardiovascular disease. However, the mechanisms underlying this association remain elusive. Cellular hypomethylation caused by accumulations of the homocysteine precursor, S-adenosylhomocysteine (SAH), may explain homocysteine’s toxicity. SAH inhibits the enzymatic activity of most cellular methyltransferases, which use S-adenosylhomocisteine (SAM), SAH’s precursor, as a methyl group donor, acting upon several important compounds like DNA and proteins, including histones. Methylation of DNA and histones are epigenetic mechanisms that regulate gene expression and whose deregulation may cause diseases. Enhancer of Zeste Homolog 2 (EZH2) is a histone methyltransferase that establishes trimethylation of lysine 27 on histone H3 (H3K27me3), an epigenetic mark associated with repression of pro-atherogenic genes in endothelial cells. EZH2 activity depends on SAM, therefore SAH accumulation may negatively affect EZH2 methyltransferase activity diminishing H3K27me3 content, and leading to the expression these pro-atherogenic genes, and to CVD. This possible mechanism constitutes the basis of our work. To study this hypothesis, we evaluated whether SAH accumulation leads to H3K27me3 decrease either in vitro, in human endothelial cells, or in vivo, in peripheral mononuclear blood cells (PMBC) of CVD patients. Our in vitro results demonstrate that H3K27me3 content decreases if SAH accumulates in the cells. Yet, our in vivo results show no significant difference in the H3K27me3 content in PBMC from CVD patients and controls. Although our in vitro results corroborate our hypothesis, additional studies with a larger cohort of patients and with other cellular material, namely vascular tissue, are necessary in order to ascertain whether SAH-induced deregulation of EZH2, and consequent H3K27me3 endothelial content, contributes to atherosclerosis and CVD.
Cardiovascular diseases (CVD) are the main cause of death in developed countries. Thus, it is important to study the mechanism that causes disease progression, uncover new risk factors, and new ways of effective prevention and therapeutic approaches. Increased levels of circulating homocysteine are associated with cardiovascular disease. However, the mechanisms underlying this association remain elusive. Cellular hypomethylation caused by accumulations of the homocysteine precursor, S-adenosylhomocysteine (SAH), may explain homocysteine’s toxicity. SAH inhibits the enzymatic activity of most cellular methyltransferases, which use S-adenosylhomocisteine (SAM), SAH’s precursor, as a methyl group donor, acting upon several important compounds like DNA and proteins, including histones. Methylation of DNA and histones are epigenetic mechanisms that regulate gene expression and whose deregulation may cause diseases. Enhancer of Zeste Homolog 2 (EZH2) is a histone methyltransferase that establishes trimethylation of lysine 27 on histone H3 (H3K27me3), an epigenetic mark associated with repression of pro-atherogenic genes in endothelial cells. EZH2 activity depends on SAM, therefore SAH accumulation may negatively affect EZH2 methyltransferase activity diminishing H3K27me3 content, and leading to the expression these pro-atherogenic genes, and to CVD. This possible mechanism constitutes the basis of our work. To study this hypothesis, we evaluated whether SAH accumulation leads to H3K27me3 decrease either in vitro, in human endothelial cells, or in vivo, in peripheral mononuclear blood cells (PMBC) of CVD patients. Our in vitro results demonstrate that H3K27me3 content decreases if SAH accumulates in the cells. Yet, our in vivo results show no significant difference in the H3K27me3 content in PBMC from CVD patients and controls. Although our in vitro results corroborate our hypothesis, additional studies with a larger cohort of patients and with other cellular material, namely vascular tissue, are necessary in order to ascertain whether SAH-induced deregulation of EZH2, and consequent H3K27me3 endothelial content, contributes to atherosclerosis and CVD.
Descrição
Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016
Palavras-chave
Cardiovascular disease DNA hypomethylation Enhancer of Zeste Homolog 2 Epigenetics Homocysteine Teses de mestrado - 2016