Mecanismos Epigenéticos na Esquizofrenia

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1 Mecanismos Epigenéticos na Esquizofrenia O papel do epgenoma na etiologia da Esquizofrenia tem sido investigado a mais de 30 anos (Osmond & Smythies, 1952). No início de 1960, descobriu-se que a administração crônica de L-metionina, um doador metila e o precursor de metionina S-adenosil, conhecido pelos seus efeitos antidepressivos, aumentava tais sintomas em pacientes esquizofrênicos, o que proporcionou o primeiro suporte para a hipótese de transmetilação '' da psicose (Pollin, Cardon, & Kety, 1961). Quando o grupo de Costa, Grayson, e Guidotti na Universidade de Illinois (UIC) descobriu que a região promotora para reelina, um gene relacionado à plasticidade sináptica, cuja expressão é reduzida em 50% em interneurónios GABAérgicos corticais de pacientes com esquizofrenia, foi hipermetilado nesses pacientes, a investigação da hipótese epigenética da esquizofrenia e suas bases moleculares ressurgiu (Grayson et al, 2006;.Guidotti et al, 2000). A associação entre o promotor de hipermetilação reelina, a atividade do DNMT1, e a expressão do mrna de reelina na esquizofrenia tem sido confirmada por análise post-mortem em três laboratórios separados (Abdolmaleki et al, 2005;. Ruzicka et al, 2007;. Tamura, Kunugi, Ohashi, & Hojo, 2007); No entanto, Tochigi et al. (2008) não conseguiram replicar o achado. Com a finalidade de se obter mais conhecimentos sobre os mecanismos epigenéticos de regulação gênica na esquizofrenia, o grupo da UIC desenvolveu um modelo em camundongos utilizando um tratamento prolongado com L-metionina em animais do tipo selvagem (WT) e camundongos heterozigóticos para o gene reelina (HRM) (Tremolizzo et al., 2002). Os HRM apresentaram diminuição da plasticidade sináptica e downregulation de reelina e da expressão do gene GAD67, dados estes, semelhantes aos relatados na esquizofrenia (Akbarian et al, 2005;. Guidotti et al., 2000). O tratamento crônico com L-metionina provoca uma diminuição acentuada na reelina e expressão do mrna do GAD67, tanto para os animaiswt, como para os HRM, e este efeito está associado com o aumento da metilação do promotor de DNA e um tipo de comprometimento sensório-motor denominado inibição de pré-pulso (IPP), o qual também está prejudicado na esquizofrenia (Tremolizzo et al., 2002). Curiosamente, aumentando os níveis de acetilação das histonas, utilizando um inibidor não específico (HDAC) de Valproato de Sódio (VPA), a L-metionina induziu um comprometimento na IPP e na metilação do promotor de DNA, e a downregulation de reelina e expressão do gene GAD67, foram normalizadas (Tremolizzo et al., 2002). Dong et al. (2005) expandiu esses achados, demonstrando que o tratamento prolongado com L- metionina levou ao aumento do recrutamento da metil-cpg, que faz a ligação das proteínas

2 MeCP2 e MBD2 para os promotores do reelin e GAD67. Mais importante ainda, estes efeitos são restritos à neurónios GABAérgicos e são revertidos por tratamento concomitante com VPA, possivelmente por desregular um complexo repressor multiprotêico ou por induzir uma atividade aguda da DNA demetilase. De fato, Dong et al. (2008) demonstraram recentemente que dois medicamentos antipsicóticos, clozapina, e sulpiride, induziram uma rápida desmetilação da reelina dos genes promotores GAD67 e esses efeitos são potencializados por VPA. Uma evidência adicional para o papel ativo da metilação do DNA na repressão funcional de reelina e GAD67 vem de estudos in vitro, em que a ativação de reelina e GAD67 leva a uma redução nos níveis de proteína DNMT1, uma dissociação da DNMT1 e MeCP2 de seus promotores, e os inibidores de DNMT aumentam ainda mais esta relação (Kundakovic, Chen, Guidotti, & Grayson, 2009;. Kundakovic et al, 2007; Noh et al., 2005). A nicotina downregulates o mrna do DNMT1 e a expressão da proteína, diminui a metilação do promotor de GAD67, evitando os efeitos da exposição à L-metionina (Satta et al., 2008). Esses resultados são interessantes, dado que o tabagismo é um método comum de automedicação na esquizofrenia (Leonard, Mexal, & Freedman, 2007), e enquanto a nicotina não é conhecida por inibir diretamente DNMTs, ser utilizada indiretamente na reversão de modificações epigenéticas de genes cuja expressão é prejudicada pela esquizofrenia. Mais recentemente, a relação entre a metilação do DNA e a esquizofrenia tem sido examinada utilizando uma abordagem de perfil pangenômico. Mill et al. (2008) analisou tecidos de sujeitos portadores de esquizofrenia e transtorno bipolar, e indivíduos controles, utilizando micro-ondas de ilhas de CpG para examinar, aproximadamente, regiões individuais de CpG ativas, seguidos de um pirosequênciamento para validação. Eles identificam modificações epigenéticas relacionadas às neurotransmissões glutamatérgicas e GABAérgicas, juntamente com o desenvolvimento neuronal e metabolismo. Curiosamente, eles também descrevem diferenças sexuais significativas na metilação do DNA através de vários loci gênicos associados à psicose. Embora, algumas variáveis de confusão, como a heterogeneidade do tecido e a natureza temporal dinâmica de metilação do DNA também tenham sido encontradas (Connor & Akbarian, 2008; Miller & Sweatt de 2007), este estudo colabora com a nossa valorização por estudos do papel da metilação do DNA na esquizofrenia.

3 A metilação do DNA não é o único mecanismo epigenético que está ativo durante o desenvolvimento precoce da esquizofrenia. Como descrito anteriormente, muitas modificações de histonas estão intimamente associadas com a dinâmica de indução gênica ou com a programação persistente da expressão do gene e, portanto, podem desempenhar um papel mais direto na expressão de perfis gênicos aberrantes encontrados na esquizofrenia. Há uma diminuição na H3K4me3 e um aumento na H3K27me3 em torno do promotor de gene associado ao GABA, GAD1 / GAD67, acompanhado pela diminuição da expressão do mrna GAD (Huang e Akbarian, 2007). Estes efeitos são mediados, em parte, pelo recrutamento da metiltransferase H3K4-específica de linhagem mista da leucemia (MLL1) para o promotor de GAD67 e, curiosamente, esse recrutamento, juntamente com a sua influência permissiva para a expressão do gene é aumentada por tratamento com drogas antipsicóticas (Huang et al., 2007). Mecanismos Epigenéticos no Transtorno Bipolar e Depressão Maio Vários grupos estão estudando atualmente como o epigenoma pode contribuir para a etiologia da depressão. Tsankova, Kumar, e Nestler (2004) demonstraram pela primeira vez, modificações de histonas ao redor promotores de c-fos, BDNF e CREB no hipocampo, após a terapia por choque eletroconvulsivo (TCE). Estes achados elucidam mecanismos epigenéticos atividade-dependentes no cérebro adulto e pavimentam o caminho para estudos mais detalhados sobre o papel do epigenoma como uma ferramenta terapêutica potencial no tratamento do transtorno depressivo maior. Por exemplo, o VPA, juntamente com butirato de sódio (NaBt), quando administrados sozinhos ou em combinação com o antidepressivo fluoxetina, melhora o desempenho de um modelo de desespero comportamental (Semba, Kuroda, e Takahashi, 1989; Schroeder, Lin, Crusio, & Akbarian, 2007). Existe uma redução profunda na expressão de mrna de BDNF hipocampal após a derrota social crônica (um outro modelo de depressão); um efeito acompanhado por um aumento duradouro em H3K27me2 em torno de dois promotores isoforme-específicos (P3 e P4) do gene BDNF (Tsankova et al., 2006). Curiosamente, o antidepressivo imipramina reverte o efeito da derrota social crônica, nos comportamentos relacionado à depressão e na expressão de mrna do BDNF, através do aumento da acetilação de histonas H3 e H4 e ao redor de alguns promotores H3K4me2. A imipramina faz isso por superar a influência repressiva do H3K27me2, que não muda. No que diz respeito às conclusões sobre H3K27 e H3K4, há algum debate no campo em relação ao significado do marcador me2. Ainda não foi

4 determinado se a desmetilação significa uma transição de um estado repressivo da cromatina para um permissivo, ou seja, um marcador de trimetilação (me3) bem estável, significa uma modificação epigenética estável. Em estudos futuros, será muito importante distinguir estados epigenéticos transientes e estáveis, pois isso terá implicações para o entendimento preciso de como o epigenoma contribui para mudanças de longa duração na regulação de genes associados aos transtornos psiquiátricos.7 Tsankova et al. (2006) também lança luz sobre um possível mecanismo epigenético de ação dos efeitos antidepressivos da imipramina. Eles primeiro demonstram que o efeito da imipramina nas modificações de histonas e expressão gênica estão presentes apenas no grupo de derrota social crônica. Em seguida, a expressão de enzimas modificadoras de histona (HDAC5) é downregulated no hipocampo de camundongos socialmente derrotados, tratados com imipramina e, surpreendentemente, uma grande expressão de HDAC5 através da transferência de genes HSV mediada por vírus, bloqueia completamente o efeito de imipramina em interações sociais e comportamentos de esquiva. Estes resultados demonstram um papel importante dos mecanismos epigenéticos nas mudanças neuroadptativas que ocorrem na depressão maior e, talvez, mais importante, na mediação dos efeitos do tratamento com antidepressivos. Ao longo da vida, as diferenças nos padrões de metilação pangenômicas se tornam mais aparentes em gêmeos monozigóticos (MZ); achados que podem ajudar a compreender o aumento (aproximadamente de 50%) na taxa de diferenças entre os gêmeos MZ para os transtornos depressivos (Fraga et al., 2005). Nessas diferenças para os transtornos psiquiátricos em gêmeos MZ, incluindo a depressão, existem modificações na metilação do DNA no interior dos promotores do receptor de dopamina do tipo 2 (DRD2) e genes catecol- O-metiltransferase (COMT) (Moinho et al, 2006;. Petronis et al., 2003). No entanto, como discutido por Mill e Petronis (2007), existem atualmente poucos estudos que examinam o papel da metilação do DNA na depressão maior. Como essas limitações tecnológicas são abordadas e superadas, a identificação de mecanismos epigenéticos na depressão maior e em outros transtornos psiquiátricos se tornará mais acessível (Connor Akbarian, 2008). Por exemplo, Mill et al. (2008) começaram uma árdua tarefa de descrever perfis epigenéticos pangenômicos da depressão bipolar. Semelhante às suas observações em esquizofrênicos, os achados mais intrigantes estão relacionados com as diferenças de sexo na metilação do DNA no interior do córtex de indivíduos com depressão bipolar. Estas observações fornecem uma

5 base para futuros estudos sobre os mecanismos subjacentes ao dimorfismo sexual em doenças psiquiátricas.