Влияние эпигенетической регуляции на развитие многофакторных болезней

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Многофакторные заболевания представляют в настоящее время растущую проблему здравоохранения во всем мире из-за резкого увеличения их распространенности, высокой смертности и инвалидизации трудоспособного населения. Активное изучение этих заболеваний для ранней диагностики, профилактики и адекватного лечения выявило решающее значение эпигенетических изменений, способных приводить к аномальной экспрессии генов, без изменения первичной последовательности ДНК. В статье коротко изложены основные эпигенетические механизмы регуляции экспрессии генов (метилирование ДНК, посттрансляционная модификация гистонов, влияние некодирующих микроРНК на «замалчивание» генов). Эпигенетические факторы являются связующим звеном между геномом и воздействием окружающей среды. Известен существенный вклад факторов риска окружающей среды, определяемых образом жизни, поведением, экологическими воздействиями, психоэмоциональными нагрузками, влияющий на фенотипические проявления заболеваний и здоровье человека. Обратимость эпигенетических механизмов, регулирующих экспрессию определенных генов, может формировать как положительные, так и отрицательные для здоровья ответы организма. Продолжающееся развитие новых технологий делает эпигенетику перспективным направлением для функциональных исследований с возможностью эффективно изменять терапевтический подход к лечению заболеваний.

Об авторах

Наталья Васильевна Вохмянина

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова

Email: spbnat@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7162-9362
SPIN-код: 7414-4257

д-р мед. наук, профессор

Россия, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41

Наталья Эриковна Голованова

Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nesh1764@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9286-8787
SPIN-код: 9598-4184

канд. биол. наук, доцент

Россия, 191015, Санкт-Петербург, Кирочная ул., д. 41; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Бичурин Д.Р., Атмайкина О.В., Черепанова О.А. Сердечно-сосудистые заболевания. Региональный аспект // Международный научно-исследовательский журнал. 2023. № 8(134). C. 116. EDN: JMQBSO doi: 10.23670/IRJ.2023.134.103
  2. Баранов В.С., Баранова Е.В. Геном человека, эпигенетика многофакторных болезней и персонифицированная медицина // Биосфера. 2012. Т. 4, № 1. С. 76–85. EDN: OWKFFD
  3. Дедов И.И., Шестакова М.В., Викулова О.К., и др. Сахарный диабет в Российской Федерации: динамика эпидемиологических показателей по данным Федерального регистра сахарного диабета за период 2010–2022 гг. // Сахарный диабет. 2023. Т. 26, № 2. С. 104–123. EDN: DVDJWJ doi: 10.14341/DM13035
  4. Ротарь О.П., Ильянова И.Н., Бояринова М.А., и др. Результаты Всероссийского скрининга артериальной гипертензии 2023 // Российский кардиологический журнал. 2024. Т. 29, № 5. С. 78–88. EDN: EMCJRB doi: 10.15829/1560-4071-2024-5931
  5. Уточкин Ю.А., Лобанова Ю.И., Якшина А.Д. Сердечно-сосудистые заболевания в России: обзор статистики // Наука через призму времени. 2024. № 1(82). С. 61–63. EDN: ZHZDCD
  6. Singh P., Arora A., Strand T.A., et al. Global prevalence of celiac disease: systematic review and meta-analysis // Clin Gastroenterol Hepatol. 2018. Vol. 16, N 6. P. 823–836. doi: 10.1016/j.cgh.2017.06.037
  7. Баранов В.С. Новое в патогенетике мультифакторных заболеваний на примере главных акушерских синдромов: эндометриоза, миомы матки и гестоза // Патогенез. 2017. Т. 15, № 3. С. 4–11. EDN: ZWOHQP doi: 10.25557/GM.2017.3.8492
  8. Глотов О.С., Чернов А.Н., Глотов А.С. Секвенирование экзома человека и перспективы предиктивной медицины: анализ международных данных и собственный опыт // Журнал персонализированной медицины. 2023. Т. 13, № 8. С. 1236. doi: 10.3390/jpm13081236
  9. Пузырев В.П. Многофакторные заболевания. Наследственные болезни: национальное руководство / под ред. Н.П. Бочкова, Е.К. Гинтера, В.П. Пузырева. Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2013. С. 610–660.
  10. Инге-Вечтомов С.Г., Борхсениус А.С., Задорский С.П. Белковая наследственность: конформационные матрицы и эпигенетика // Информационный вестник ВОГИС. 2004. Т. 8, № 29. С. 60–66. EDN: HRSMBJ
  11. Инге-Вечтомов С.Г. Проблема изменчивости. Феноменология и механизмы // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17, № 4/2. С. 791–804. EDN: RVGWIP
  12. Пальцев М.А. Медицина будущего. Персонализированная медицина: опыт прошлого, реалии завтрашнего дня. Москва: Российская академия наук, 2020. 152 с. EDN: RRCGRM
  13. Белушкина Н.Н., Чемезов А.С., Пальцев М.А. Генетические исследования мультифакториальных заболеваний в концепции персонализированной медицины // Профилактическая медицина. 2019. Т. 22, № 3. С. 26–30. EDN: NSNEAG doi: 10.17116/profmed20192203126
  14. Романовская Т.В. Эпигенетика: электронный учебно-методический комплекс для специальности 1-3180 01 «Биология». Минск: БГУ, 2022. 88 c.
  15. Смирнов В.В., Леонов Г.Е. Эпигенетика: теоретические аспекты и практическое значение // Лечащий врач. 2016. № 12. С. 26–30. EDN: XWQGNT
  16. Georgiev G.P. Mobile genetic elements in animal cells and their biological significance // Eur J Biochem. 1984. Vol. 145, N 2. P. 203–220. doi: 10.1111/j.1432-1033.1984.tb08541.x
  17. Xuan D., Han Q., Tu Q., et al. Epigenetic modulation in periodontitis: interaction of adiponectin and JMJD3-IRF4 axis in macrophages // J Cell Physiol. 2016. Vol. 231, N 5. P. 1090–1096. doi: 10.1002/jcp.25201
  18. Stamp M.A., Hadfield J.D. The relative importance of plasticity versus genetic differentiation in explaining between population differences; a meta-analysis // Ecol Lett. 2020. Vol. 23, N 10. P. 1432–1441. doi: 10.1111/ele.13565
  19. Киселев В.И. Эпигенетика открывает колоссальные терапевтические и диагностические возможности // Национальная онкологическая программа – 2030. 2022. № 1. С. 30–33.
  20. Oppermann U. Why is epigenetics important in understanding the pathogenesis of inflammatory musculoskeletal diseases? // Arthritis Res Ther. 2013. Vol. 15, N 2. P. 209. doi: 10.1186/ar4186
  21. Ванюшин Б.Ф. Метилирование ДНК и эпигенетика // Генетика. 2006. Т. 42, № 9. С. 1186–1199. EDN: IASUGR
  22. Kumar S., Chinnusamy V., Mohapatra T. Epigenetics of modified DNA bases: 5-methylcytosine and beyond // Front Genet. 2018. Vol. 9. P. 640. doi: 10.3389/fgene.2018.00640
  23. Mattei A.L., Bailly N., Meissner A. DNA methylation: A historical perspective // Trends Genet. 2022. Vol. 38, N 7. P. 676–707. doi: 10.1016/j.tig.2022.03.010
  24. Fleming A.M., Burrows C.J. DNA modifications walk a fine line between epigenetics and mutagenesis // Nat Rev Mol Cell Biol. 2023. Vol. 24. P. 449–450. doi: 10.1038/s41580-023-00590-2
  25. Zhu D., Zeng S., Su C., et al. The interaction between DNA methylation and tumor immune microenvironment: from the laboratory to clinical applications // Clin Epigenet. 2024. Vol. 16, N 1. P. e24. doi: 10.1186/s13148-024-01633-x
  26. Ilango S., Paital B., Jayachandran P., et al. Epigenetic alterations in cancer // Front Biosci (Landmark Ed). 2020. Vol. 25, N 6. P. 1058–1109. doi: 10.2741/4847
  27. Frommer M., McDonald L.E., Millar D.S., et al. A genomic sequencing protocol that yields a positive display of 5-methylcytosine residues in individual DNA strands // Proc Natl Acad Sci USA. 1992. Vol. 89, N 5. P. 1827–1831. doi: 10.1073/pnas.89.5.1827
  28. Zaina S., Heyn H., Carmona F.J., et al. DNA methylation map of human atherosclerosis // Circ Cardiovasc Genet. 2014. Vol. 7, N 5. P. 692–700. doi: 10.1161/CIRCGENETICS.113.000441
  29. Soler-Botija C., Gálvez-Montón C., Bayés-Genís A. Epigenetic biomarkers in cardiovascular diseases // Front Genet. 2019. Vol. 10. P. 950. doi: 10.3389/fgene.2019.00950
  30. Wang X., Teng X., Luo Ch., Kong L. Mechanisms and advances of epigenetic regulation in cardiovascular disease // Front Biosci (Landmark Ed). 2024. Vol. 29, N 6. P. 205. doi: 10.31083/j.fbl2906205
  31. Shi Y., Zhang H., Huang S., et al. Epigenetic regulation in cardiovascular disease: mechanisms and advances in clinical trials // Signal Transduct Target Ther. 2022. Vol. 7, N 1. P. 200. doi: 10.1038/s41392-022-01055-2
  32. Westerman K., Sebastiani P., Jacques P., et al. DNA methylation modules associate with incident cardiovascular disease and cumulative risk factor exposure // Clin Epigenet. 2019. Vol. 11, N 1. P. 142. doi: 10.1186/s13148-019-0705-2
  33. Madsen A., Höppner G., Krause J., et al. An Important Role for DNMT3A-Mediated DNA methylation in cardiomyocyte metabolism and contractility // Circulation. 2020. Vol. 142, N 16. P. 1562–1578. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.044444
  34. Strahl B.D., Allis C.D. The language of covalent histone modifications // Nature. 2000. Vol. 403, N 6765. P. 41–45. doi: 10.1038/47412
  35. Hyun K., Jeon J., Park K., Kim J. Writing, erasing and reading histone lysine methylations // Exp Mol Med. 2017. Vol. 49, N 4. P. 324. doi: 10.1038/emm.2017.11
  36. Shahid Z., Simpson B., Miao K.H., Singh G. Genetics, Histone Code. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024.
  37. Fan S., Zhang M.Q., Zhang X. Histone methylation marks play important roles in predicting the methylation status of CpG islands // Biochem Biophys Res Commun. 2008. Vol. 374, N 3. P. 559–564. doi: 10.1016/j.bbrc.2008.07.077
  38. Cedar H., Bergman Y. Linking DNA methylation and histone modification: patterns and paradigms // Nat Rev Genet. 2009. Vol. 10, N 5. P. 295–304. doi: 10.1038/nrg2540
  39. Кучер А.Н., Назаренко М.С. Эпигенетика кардиомиопатий: модификации гистонов и метилирование ДНК // Генетика. 2023. Т. 59, № 3. C. 266–282. EDN: IPXZDH doi: 10.31857/S0016675823030086
  40. Liu R., Wu J., Guo H., et al. Post-translational modifications of histones: Mechanisms, biological functions, and therapeutic targets // MedComm (2020). 2023. Vol. 4, N 3. P. 292. doi: 10.1002/mco2.292
  41. Song J.S., Kim Y.S., Kim D.K., et al. Global histone modification pattern associated with recurrence and disease-free survival in non-small cell lung cancer patients // Pathol Int. 2012. Vol. 62, N 3. P. 182–190. doi: 10.1111/j.1440-1827.2011.02776.x
  42. Berger L., Kolben T., Meister S., et al. Expression of H3K4me3 and H3K9ac in breast cancer // J Cancer Res Clin Oncol. 2020. Vol. 146, N 8. P. 2017–2027. doi: 10.1007/s00432-020-03265-z
  43. Day C.A., Hinchcliffe E.H., Robinson J.P. H3K27me3 in diffuse midline glioma and epithelial ovarian cancer: opposing epigenetic changes leading to the same poor outcomes // Cells. 2022. Vol. 11, N 21. P. 3376. doi: 10.3390/cells11213376
  44. Monaghan L., Massett M.E., Bunschoten R.P., et al. The emerging role of H3K9me3 as a potential therapeutic target in acute myeloid leukemia // Front Oncol. 2019. Vol. 2, N 9. P. 705. doi: 10.3389/fonc.2019.00705
  45. Рябчиков Д.А., Воротников И.К., Талипов О.А., и др. МикроРНК и их роль в патогенезе и диагностике рака молочной железы // Медицинский алфавит. 2020. № 8. С. 12–15. EDN: UXTTUF doi: 10.33667/2078-5631-2020-8-12-15
  46. Yao Q., Chen Y., Zhou X. The roles of microRNAs in epigenetic regulation // Curr Opin Chem Biol. 2019. Vol. 51. P. 11–17. doi: 10.1016/j.cbpa.2019.01.024
  47. Kumar S., Gonzalez E.A., Rameshwar P., Etchegaray J.P. Non-coding RNAs as mediators of epigenetic changes in malignancies // Cancers (Basel). 2020. Vol. 12, N 12. P. 3657. doi: 10.3390/cancers12123657
  48. Ratti M., Lampis A., Ghidini M., et al. MicroRNAs (miRNAs) and long non-coding RNAs (lncRNAs) as new tools for cancer therapy: first steps from bench to bedside // Target Oncol. 2020. Vol. 15, N 3. P. 261–278. doi: 10.1007/s11523-020-00717-x
  49. Nalbant E., Akkaya-Ulum Y.Z. Exploring regulatory mechanisms on miRNAs and their implications in inflammation-related diseases // Clin Exp Med. 2024. Vol. 24, N 1. P. 142. doi: 10.1007/s10238-024-01334-y
  50. Poddar S., Kesharwani D., Datta M. Interplay between the miRNome and the epigenetic machinery: Implications in health and disease // J Cell Physiol. 2017. Vol. 232, N 11. P. 2938–2945. doi: 10.1002/jcp.25819
  51. Farsetti A., Illi B., Gaetano C. How epigenetics impacts on hum an diseases // Eur J Int Med. 2023. Vol. 114. P. 15–22. doi: 10.1016/j.ejim.2023.05.036
  52. Abdul Q.A., Yu B.P., Chung H.Y., et al. Epigenetic modifications of gene expression by lifestyle and environment // Arch Pharm Res. 2017. Vol. 40, N 11. P. 1219–1237. doi: 10.1007/s12272-017-0973-3
  53. Wu H., Eckhardt C.M., Baccarelli A.A. Molecular mechanisms of environmental exposures and human disease // Nat Rev Genet. 2023. Vol. 24, N 5. P. 332–344. doi: 10.1038/s41576-022-00569-3
  54. Skinner M.K. Epigenetic biomarkers for disease susceptibility and preventative medicine // Cell Metab. 2024. Vol. 36, N 2. P. 263–277. doi: 10.1016/j.cmet.2023.11.015
  55. Becker N., Prasad-Shreckengast S., Byosiere S.E. Methodological challenges in the assessment of dogs’ (Canis lupus familiaris) susceptibility of the Ebbinghaus-Titchener illusion using the spontaneous choice task // Animal Behav Cogn. 2021. Vol. 8, N 2. P. 138–151. doi: 10.26451/abc.08.02.04.2021
  56. Liu S., Lam M.A., Sial A., et al. Fluid outflow in the rat spinal cord: the role of perivascular and paravascular pathways // Fluids Barriers CNS. 2018. Vol. 15. P. 13. doi: 10.1186/s12987-018-0098-1
  57. Gadd D.A., Hillary R.F., McCartney D.L., et al. Epigenetic scores for the circulating proteome as tools for disease prediction // Elife. 2022. Vol. 13, N 11. P. e71802. doi: 10.7554/eLife.71802
  58. Virolainen S.J., VonHandorf A., Viel K.C.M.F., et al. Gene-environment interactions and their impact on human health // Gene Immun. 2023. Vol. 24, N 1. P. 1–11. doi: 10.1038/s41435-022-00192-6
  59. Максименко Л.В. Эпигенетика как доказательная база влияния образа жизни на здоровье и болезни // Профилактическая медицина. 2019. Т. 22, № 2. С. 115–120. EDN: QHKMXX doi: 10.17116/profmed201922021115
  60. García-Giménez J.L., Seco-Cervera M., Tollefsbol T.O., et al. Epigenetic biomarkers: Current strategies and future challenges for their use in the clinical laboratory // Crit Rev Clin Lab Sci. 2017. Vol. 54, N 7–8. P. 529–550. doi: 10.1080/10408363.2017.1410520

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2024


 


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).