Histone H3 methylation in the neurons of mushroom bodies of honeybee brain in learning

Abstract

В настоящее время все больший интерес исследователей привлекают молекулярные механизмы, модулирующие структуру хроматина и определяющие транскрипционный статус нервной клетки. Известно, что ковалентные модификации ДНК и гистонов влияют как на состояние хроматина, так и на транскрипцию. Некоторые модификации вовлечены в патогенез нейродегенеративных заболеваний, шизофрении и депрессии и задействованы в механизмах формирования долговременной памяти и нейрональной пластичности у млекопитающих, моллюсков и насекомых. Данная работа направлена на изучение регуляторных механизмов метилирования гистона Н3 в нейронах мозга, в связи с сохранением в памяти пищевого условного рефлекса у медоносной пчелы Apis mellifera. Методами выделения ДНК, ОТ-ПЦР и последующей электрофоретической детекцией изучили экспрессию генов гистоновой метилтрансферазы Setd1 и деметилазы Kdm1A в мозге. Долю нейронов в каликсах грибовидных тел, содержащих монометилированный гистон Н3 по лизину 4 (H3K4me1), оценивали при помощи предварительного иммуногистохимического окрашивания срезов мозга антителами к монометилированному гистону Н3. Через 1 час после процедуры обучения у пчел с выработанной условнорефлектоной реакцией выявлена экспрессия гена гистоновой метилтранферазы SETD1, что, вероятно связано с её участием в формировании памяти. Для гистоновой деметилазы KDM1A такая связь не обнаружена. Монометилирование гистона Н3 по лизину 4 вовлечено в формирование памяти.

Currently, the increasing interest of researchers is attracted to molecular mechanisms that modulate the structure of chromatin and determine the transcriptional status of nerve cells. Covalent modifications of DNA and histones are known to affect both the chromatin state and transcription. Some modifications are involved in the pathogenesis of neurodegenerative diseases, schizophrenia and depression and are involved in the mechanisms of long-term memory formation and neuronal plasticity in mammals, mollusks and insects. This work is aimed at studying the regulatory mechanisms of H3 histone methylation in brain neurons, in connection with the preservation of the memory of the food reflex in the honeybee Apis mellifera. Gene expression of histone methyltransferase Setd1 and demethylase Kdm1A in the brain was studied by DNA extraction, RT-PCR and subsequent electrophoretic detection. The share of neurons in the calix of fungal bodies containing monomethylated histone H3 by lysine 4 (H3K4me1) was assessed by preliminary immunohistochemical staining of brain sections with antibodies to monomethylated histone H3. It was found that after 1 hour after the training procedure the gene of histone methyltransferase SETD1 was expressed, which is probably due to its participation in memory formation. For histone demethylase KDM1A such connection is not detected. Histone H3 monomethylation by lysine 4 is involved in memory formation.