甲基苯丙胺改变成瘾小鼠突触可塑性基因的甲基化修饰

毛俊鸿; 鲁丹枫; 徐玉; 代毅聪; 张哲瑞; 李悦; 王昆华

doi:10.12259/j.issn.2095-610X.S20220121

甲基苯丙胺改变成瘾小鼠突触可塑性基因的甲基化修饰

doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20220121

毛俊鸿^{1, 2},
鲁丹枫¹,
徐玉^{1, 2},
代毅聪^{1, 2},
张哲瑞^{1, 2},
李悦^{1, 2},
王昆华^{1, 3, ,}

1.
国家卫生健康委毒品依赖和戒治重点实验室，昆明医科大学，云南昆明　650500
2.
昆明医科大学第一附属医院胃肠与疝外科，云南昆明　650032
3.
云南大学党政办公室，云南昆明　650031

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（81870458，81860100）；中国医学科学院中央级公益性科研院所基金项目资助（2019PT310003）

详细信息

作者简介:
毛俊鸿（1992～），男，福建漳州人，在读硕士研究生，主要从事胃肠外科研究工作

通讯作者:
王昆华，E-mail：wangkunhua1964@163.com

中图分类号: R74
计量
- 文章访问数: 3112
- HTML全文浏览量: 2004
- PDF下载量: 157
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2021-12-10
- 网络出版日期: 2021-12-20
- 刊出日期: 2022-01-15

Methamphetamine Alters Methylation Modifications of Synaptic Plasticity Genes in Addicted Mice

Junhong MAO^{1, 2},
Danfeng LU¹,
Yu XU^{1, 2},
Yicong DAI^{1, 2},
Zherui ZHANG^{1, 2},
Yue LI^{1, 2},
Kunhua WANG^{1, 3
, ,}

1.
NHC Key Laboratory of Drug Addiction Medicine，Kunming Medical University，Kunming Yunnan 650500
2.
Dept. of Gastrointestinal and Hernia Surgery，The 1st Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming Yunnan 650032
3.
Party and Administration Office of Yunnan University，Kunming Yunnan 650032，China

摘要

摘要: 目的研究慢性甲基苯丙胺（methamphetamine，MA）成瘾小鼠神经突触可塑性基因的表达变化情况。方法选用C57BL/6J小鼠，模拟人类药物成瘾模式，分段渐进性腹腔注射给药5 mg/kg、10 mg/kg或者生理盐水。选取小鼠的大脑皮质和海马组织，通过亚硫酸氢盐处理基因组DNA和甲基化特异性PCR （methylmion specific PCR，MSP）对突触可塑性基因表达水平进行检测，运用BiQ-Analyzer软件对测序结果进行比对和DNA甲基化分析。结果相比盐水处理组小鼠，MA成瘾组小鼠大脑皮层的Egr2 （P = 0.064）基因启动子CpG位点的甲基化修饰增加，而Eln（P = 0.083）基因启动子的甲基化修饰降低；海马组织中，Arc（P = 0.025）、Egr2（P = 0.034）基因甲基化修饰增加，而Eln（P = 0.063）基因甲基化修饰降低。结论突触可塑性基因的甲基化修饰可能参与MA成瘾机制的形成。
- 甲基苯丙胺 /
- 突触可塑性基因 /
- MSP /
- DNA甲基化
Abstract: Objective To investigate the expression changes of synaptic plasticity genes in chronic methamphetamine （MA） addicted mice. Methods C57BL/6J mice were selected to simulate the human drug addiction model, and the drugs were injected intraperitoneally with 5 mg/kg, 10 mg/kg or normal saline. The cerebral cortex and hippocampus of mice were selected, and the gene expression level of synaptic plasticity was detected by bisulfite treated genomic DNA and methylation specific PCR （MethylmionSpecificPCR, MSP）. The sequencing results were compared and DNA methylation was analyzed by BiQ-Analyzer software. Results Compared to mice in the saline-treated group, MA addiction group mice showed increased methylation modification of the Egr2 （P = 0.064） gene promoter CpG site and decreased methylation modification of the Eln （P = 0.083） gene promoter in the cerebral cortex; in hippocampal tissue, methylation modification of the Arc （P = 0.025） and Egr2 （P = 0.034） genes was increased, while Eln （P = 0.063） gene methylation modifications were decreased. Conclusion Methylation of synaptic plasticity genes may be involved in the formation of MA addiction mechanism.
- Methamphetamine /
- Synaptic plasticity /
- Immediate early gene /
- DNA Methylation.

HTML全文

图 1 生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质和海马组织CpG岛甲基化修饰对比

A：生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Arc启动子BSP测序结果，在海马组织中Arc（P < 0.05）；B：生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Fos启动子BSP测序结果；C：生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Egr2启动子BSP测序结果，在海马组织中Egr2（P < 0.05）；D：生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Egr4启动子BSP测序结果。甲基化的CpG位点用实心圆圈表示、非甲基化的CpG位点用空心圆圈表示。一个测序克隆为一行。

Figure 1. Comparison of Methylation modification of CpG islands in cerebral cortex and hippocampus between saline treated group and MA treated group

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质和海马组织CpG岛甲基化修饰对比

A：生理盐水处理组和MA处理组海马组织基因组Dusp1启动子BSP测序结果；B：生理盐水处理组和MA处理组海马组织基因组Eln启动子BSP测序结果，在海马组织中Eln（P = 0.063）。甲基化的CpG位点用实心圆圈表示、非甲基化的CpG位点用空心圆圈表示。一个测序克隆为一行。

Figure 2. Comparison of CpG island Methylation modifications in hippocampal tissues between the saline group and the MA treatment group

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 BSP引物表（5′→3′）

Table 1. Primer list for BSP （5′→3′）

基因	正向引物	反向引物
Fos	GTGGGTAAGTTTTATTTTAGGA	TAAAAAATCTCCTAAACCTTCC
Arc	GTATATTGTGTGGTTAGGATGG	TAAAACCCTAACTCCCATTAAC
Egr4	AATAAATTGGTATTAGGTGGGAAT	CAATCCCCCCACTTATATAACTA
Egr2	TTTAGTTTGGGTAGGGAAGAAA	CTAACTTCCCTACTCCCCATT
Dusp1	GGTGGGAATTAATTGGAAGTAT	CACCCTCCTATCCTCTAAACTC
Eln	AGGAGGTTTGTAAGTTTGGTTTT	AAATTCCCCATCAATCTTACC

下载: 导出CSV

参考文献(25)

[1]	United Nations Office on Drugs and Crime. World drug report 2020[Z]. 2020. https://wdr.unodc.org/2020/.
[2]	周凯程,何腾,刘馨雅,等. 甲基苯丙胺对小脑神经毒性的作用机制[J]. 中国药物依赖性杂志,2020,29(5):335-337,370.
[3]	Cheng M C,Hsu S H,Chen C H. Chronic methamphetamine treatment reduces the expression of synaptic plasticity genes and changes their DNA methylation status in the mouse brain[J]. Brain Research,2015,1629(10):126-134.
[4]	王采玲. 甲基苯丙胺成瘾联合学习记忆细胞的发现及机制研究[D]. 南京: 南京中医药大学硕士论文, 2020.
[5]	Faure J J,Hattingh S M,Stein D J,et al. Proteomic analysis reveals differentially expressed proteins in the rat frontal cortex after methamphetamine treatment[J]. Metabolic Brain Disease,2009,24(4):685-700. doi: 10.1007/s11011-009-9167-0
[6]	Ding X,Lee S W. Cocaine addiction related reproducible brain regions of abnormal default-mode network functional connectivity:A group ICA study with different model orders[J]. Neuroscience Letters,2013,5(29):110-114.
[7]	Day J J,Sweatt J D. DNA methylation and memory formation[J]. Nature Neuroscience,2010,13(11):1319-1323. doi: 10.1038/nn.2666
[8]	Godino A,Jayanthi S,Cadet J L. Epigenetic landscape of amphetamine and methamphetamine addiction in rodents[J]. Epigenetics,2015,10(7):574-580. doi: 10.1080/15592294.2015.1055441
[9]	Mccoy M T,Jayanthi S,Wulu J A,et al. Chronic methamphetamine exposure suppresses the striatal expression of members of multiple families of immediate early genes (IEGs) in the rat:Normalization by an acute methamphetamine injection[J]. Psychopharmacology,2011,215(2):353-365. doi: 10.1007/s00213-010-2146-7
[10]	Jw A,Da A,Bs B,et al. Induction of immediate early genes expression in the mouse striatum following acute administration of synthetic cathinones[J]. Pharmacological Reports,2019,71(6):977-982. doi: 10.1016/j.pharep.2019.05.011
[11]	Keiichiro M,Mika A,Hiroyuki O. Role of immediate-early genes in synaptic plasticity and neuronal ensembles underlying the memory trace[J]. Frontiers in Molecular Neuroscience,2016,8(8):78.
[12]	郭敏,李刚. 突触可塑性相关蛋白的研究进展[J]. 神经药理学报,2013,3(6):57-64.
[13]	Kauer J A,Malenka R C. Synaptic plasticity and addiction[J]. Nature reviews Neuroscience,2007,8(11):844-858. doi: 10.1038/nrn2234
[14]	L ü scher C,Malenka R C. Drug-evoked synaptic plasticity in addiction:From molecular changes to circuit remodeling[J]. Neuron,2011,69(4):650-663. doi: 10.1016/j.neuron.2011.01.017
[15]	Zi ó Łkowska B,Gieryk A,Solecki W,et al. Temporal and anatomic patterns of immediate-early gene expression in the forebrain of C57BL/6 and DBA/2 mice after morphine administration[J]. Neuroscience,2015,284(9):107-124.
[16]	Thiriet N,Zwiller J,Ali S F. Induction of the immediate early genes egr-1 and c-fos by methamphetamine in mouse brain[J]. Brain Research,2001,919(1):31-40. doi: 10.1016/S0006-8993(01)02991-2
[17]	Piechota M,Korostynski M,Solecki W,et al. The dissection of transcriptional modules regulated by various drugs of abuse in the mouse striatum[J]. Genome Biology,2010,11(5):48. doi: 10.1186/gb-2010-11-5-r48
[18]	Robison A J,Nestler E J. Transcriptional and epigenetic mechanisms of addiction[J]. Nature Reviews Neuroscience,2011,12(11):623-637. doi: 10.1038/nrn3111
[19]	陈绮,梁军成,邓艳萍. 药物成瘾与表观遗传学[J]. 中国药物依赖性杂志,2015,24(1):1-5.
[20]	Keiichiro M,Mika A,Hiroyuki O. Role of immediate-early genes in synaptic plasticity and neuronal ensembles underlying the memory trace[J]. Frontiers in Molecular Neuroscience,2016,8(1):78.
[21]	Steward O,Wallace C S,Lyford G L,et al. Synaptic activation causes the mRNA for the IEG Arc to localize selectively near activated postsynaptic sites on dendrites[J]. Neuron,1998,21(4):741.
[22]	Guzowski J F,Mcnaughton B L,Barnes C A. Environment-specific expression of the immediate-early gene Arc in hippocampal neuronal ensembles[J]. Nature Neuroscience,1999,2(12):1120-1124.
[23]	Reul,Johannes M. Making memories of stressful events:A journey along epigenetic,gene transcription,and signaling pathways[J]. Frontiers in Psychiatry,2014,5(1):5.
[24]	Bubenikova-Valesova V,Kacer P,Syslova K,et al. Prenatal methamphetamine exposure affects the mesolimbic dopaminergic system and behavior in adult offspring[J]. International Journal of Developmental Neuroscience,2009,27(6):525-530. doi: 10.1016/j.ijdevneu.2009.06.012
[25]	Itzhak Y,Ergui I,Young J I. Long-term parental methamphetamine exposure of mice influences behavior and hippocampal DNA methylation of the offspring[J]. Molecular Psychiatry,2015,20(2):232. doi: 10.1038/mp.2014.7

相关文章(20)

[1]	朱东平, 李海峰, 冯俊飞, 汤秋恒, 冷静. 肺部结节或肿块患者肺泡灌洗液SHOX2和RASSF1A基因甲基化在肺癌诊断中的价值, 昆明医科大学学报. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20240316
[2]	徐琳, 高开成, 贾杰, 李煜阳, 王华伟, 况轶群, 赵昱. 参苓白术散对甲基苯丙胺诱导小鼠肠道菌群改变的作用机制研究, 昆明医科大学学报. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20230829
[3]	尹文卅, 卢玉梅, 佟金莲, 聂胜洁, 阮冶. DNA甲基化与精神分裂症的研究进展, 昆明医科大学学报. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20230811
[4]	朱婷娜, 刘鹏亮, 董文娟, 于浩, 吴亚梅, 黄兆奎, 洪仕君, 赵永娜. 不同剂量天麻素对甲基苯丙胺依赖大鼠条件位置偏爱及海马小胶质细胞激活的影响, 昆明医科大学学报. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210502
[5]	李媛媛, 李娟, 杨根梦, 黄俭, 刘柳, 沈宝玉, 王婵, 许悦, 林纾丞, 曾晓锋. 甲基苯丙胺神经毒性作用及机制的研究进展, 昆明医科大学学报. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20210210
[6]	王一航, 洪仕君, 钟磊磊, 解润芳, 彭艳霞, 李利华. DA、5-HT及MAO在甲基苯丙胺和氯胺酮联合滥用依赖大鼠CPP效应中的表达量变化, 昆明医科大学学报.
[7]	黄兆奎, 石振金, 吴亚梅, 周一卿, 陈立方, 王一航, 闫倩文, 张枫弋, 赵永娜, 李利华, 洪仕君. 甲基苯丙胺不同给药时程及天麻素的干预对建立大鼠条件性位置偏爱模型的影响, 昆明医科大学学报.
[8]	马晨丽, 杨根梦, 闫倩文, 张枫弋, 石振金, 周一卿, 王一航, 赵永娜, 张冬先, 李利华, 洪仕君. 天麻素干预甲基苯丙胺依赖大鼠星形胶质细胞、神经元变化及炎性因子IL-6、TNF-α的表达, 昆明医科大学学报.
[9]	陈思宇, 杨乐, 陈黄鸿, 付帅, 吴勇. 醋酸棉酚对人舌鳞癌Cal-27细胞ER基因甲基化和mRNA表达的影响, 昆明医科大学学报.
[10]	杨金凤, 蒙国懿, 黄兆奎, 洪仕君, 李利华, 邢豫明, 赵永娜. 甲基苯丙胺对大鼠海马5-HT、IL-6及NF-κB表达的影响, 昆明医科大学学报.
[11]	赵斐, 姜焰凌, 张寿勋, 夏生, 鲍建军, 张柠, 杨晓佩, 钟树荣. DNA甲基化的焦磷酸测序通过率, 昆明医科大学学报.
[12]	杨晓佩, 姜焰凌, 阮冶, 张寿勋, 赵斐, 张柠, 夏生, 钟树荣. OPRM1基因DNA甲基化在物质依赖中的研究进展, 昆明医科大学学报.
[13]	李艳明, 郑艳珍, 张冬先, 李娟, 杨根梦, 何永旺, 周一卿, 曾晓锋, 李桢. 甲基苯丙胺与HIV-Tat蛋白协同致大鼠纹状体NMDA受体NR2B亚基和iNOS的表达, 昆明医科大学学报.
[14]	蒙国懿, 隋念含, 杨金凤, 边立功, 洪仕君, 李利华, 赵永娜. 甲基苯丙胺对大鼠海马TNF-α、IL-1β及CD22表达的影响, 昆明医科大学学报.
[15]	杨金凤, 蒙国懿, 隋念含, 边立功, 洪仕君, 李利华, 赵永娜. 甲基苯丙胺对大鼠海马DA、5-HT及TNF-α表达的影响, 昆明医科大学学报.
[16]	曾柏瑞. 甲基苯丙胺与HIV-Tat蛋白协同改变大鼠血脑屏障通透性的氧化应激作用机制, 昆明医科大学学报.
[17]	张明谦. ANKRD18B基因在大肠癌中的甲基化与表达, 昆明医科大学学报.
[18]	岳万远. 醋酸棉酚对人腺样囊性癌ACC-M细胞P16基因甲基化及mRNA表达的影响及其意义, 昆明医科大学学报.
[19]	杜兴华. ALX4基因在肿瘤中的甲基化与表达, 昆明医科大学学报.
[20]	刘巨鹏. BDNF在甲基苯丙胺依赖机制中作用研究进展, 昆明医科大学学报.