Ainda somos os mesmos como nossos pais? Potencial envolvimento dos mecanismos epigenéticos na fisiopatologia e herdabilidade da depressão ou resiliência

Abstract

Major Depressive Disorder (MDD) is a multifactorial psychiatric condition, with stress playing a significant role in its etiology by influencing epigenetic mechanisms that can be transmitted across generations. The understanding of MDD inheritance remains limited, and studies on histone methylation, histone acetylation, histone deacetylases (HDACs), and microRNAs (miRNAs) provide new perspectives on its pathophysiology and heritability. Due to treatment resistance and high relapse rates, investigating these mechanisms may open pathways to new therapeutic approaches. From this perspective, a detailed investigation of histone H3 lysine trimethylation (H3K4me3, H3K9me3, H3K27me3, H3K36me3, and H3K79me3), histone acetylation (H2AK5ac, H2BK5ac, H3K9ac, and H4K8ac), HDACs (HDACs1-7), and miRNAs (miRNA- 29a, miRNA-29b, miRNA-124, miRNA-134, and miRNA-221) is necessary. Thus, the overall aim of this thesis was to investigate the impact of stress on generational susceptibility to MDD or resilience through epigenetic mechanisms and to explore whether ketamine can modulate these mechanisms to mediate its therapeutic effect, using the Chronic Unpredictable Mild Stress (CUMS) model and cellular stress. We found that H3K27me3 patterns in the hypothalamus and H3K9me3 in the hippocampus may contribute to the development of the depression-like phenotype, while increased H3K4me3, H3K36me3, and neuroplasticity mechanisms in the hippocampus may contribute to resilience. After breeding the animals within the same group, we observed that male and female animals respond to stress in a tissue-specific manner regarding H3K9me3, acetylation, and HDACs. Susceptible animals and susceptible F1 females showed increased H3K27me3 in the three brain structures. Increased H3K36me3 levels were observed in the three brain structures of resilient animals and F1 animals, while an increase in H3K4me3 was seen in the three brain structures of male animals. Additionally, we observed an increase in miRNA-29a and miRNA-124 in the hippocampus and miRNA-29a and miRNA-134 in the parietal cortex of susceptible animals. After four treatment sessions, ketamine was able to reverse H3K4me3 and H3K36me3 levels in the three brain structures of treated susceptible animals. H3K27me3 was also reduced in the hypothalamus and parietal cortex of treated susceptible animals compared to untreated susceptible animals. We found that miRNA-29a, miRNA-124, miRNA-134, and miRNA-221 decreased in animals treated with four sessions of ketamine compared to untreated susceptible animals. Furthermore, we demonstrated in vitro that ketamine reduces the expression of pro-inflammatory genes and increases the expression of genes involved in neuroplasticity. Finally, we conclude, that epigenetic modifications may be involved in the susceptibility and heritability of depression-like and resilient phenotypes, and ketamine may exert its antidepressant effects through the modulation of epigenetic and pro- inflammatory mechanisms.

O Transtorno Depressivo Maior (TDM) é uma condição psiquiátrica multifatorial, com o estresse desempenhando um papel importante em sua etiologia ao influenciar mecanismos epigenéticos que podem ser transmitidos entre gerações. A compreensão da herança do TDM ainda é limitada, e estudos sobre metilação, acetilação de histonas, histonas deacetilases (HDACs) e microRNAs (miRNAs) trazem novas perspectivas para sua fisiopatologia e herdabilidade. Devido à resistência ao tratamento e alta recidiva, investigar esses mecanismos pode abrir caminhos para novas abordagens terapêuticas. Nesta perspectiva, uma investigação pormenorizada da trimetilação de lisina (K) da histona H3 (H3K4me3, H3K9me3, H3K27me3, H3K36me3 e H3K79me3), acetilação das histonas H2A (H2AK5ac), H2B (H2BK5ac), H3 (H3K9ac) e H4 (H4K8ac), HDACs (HDACs1-7) e miRNAs (miRNA-29a, miRNA-29b, miRNA-124, miRNA-134 e miRNA-221) se faz necessária. Assim, esta tese teve como objetivo geral, investigar o impacto do estresse na suscetibilidade ao TDM ou resiliência de maneira geracional através dos mecanismos epigenéticos e explorar se a ketamina pode modular esses mecanismos para mediar seu efeito terapêutico utilizando o modelo de Estresse Crônico Moderado e Imprevisível (ECMI, do inglês: CUMS) e estresse celular. Verificamos que os padrões de H3K27me3 no hipotálamo e H3K9me3 no hipocampo podem estar contribuindo para o desenvolvimento do fenótipo tipo-depressivo, enquanto o aumento de H3K4me3 e H3K36me3 e mecanismos de neuroplasticidade no hipocampo podem contribuir para o fenótipo de resiliência. Após cruzarmos os animais do mesmo grupo, verificamos que animais machos e fêmeas respondem ao estresse de maneira tecido-específica em relação a H3K9me3, acetilações e HDACs enquanto os animais suscetíveis e fêmeas suscetíveís F1 apresentaram aumento de H3K27me3 nas três estruturas encefálicas. Níveis aumentados de H3K Níveis aumentados de H3K36me3 foram observados nas três estruturas encefálicas de animais resilientes e animais F1, enquanto aumento de H3K4me3 foi observado nas três estruturas encefálicas de animais machos. Ainda, verificamos aumento do miRNA-29a e miRNA-124 no hipocampo e do miRNA-29a e miRNA-134 no córtex parietal de animais suscetíveis. Após, 4 sessões de tratamento, verificamos que a ketamina foi capaz de reverter os níveis de H3K4me3 e H3K36me3 nas três estruturas encefálicas de animais suscetíveis tratados. Ainda, H3K27me3 foi reduzida no hipotálamo e córtex parietal de animais suscetíveis tratados em comparação aos animais suscetíveis. Observamos que o miRNA-29a, miRNA-124, miRNA134 e miRNA-221 reduzem sua expressão em animais tratados com 4 sessões de ketamina em comparação aos animais suscetíveis. Ainda, demonstramos in vitro que a ketamina reduz a expressão de genes pró-inflamatórios e aumenta a expressão de genes envolvidos com neuroplasticidade. Por fim, concluímos que as modificações epigenéticas podem estar envolvidas com a susceptibilidade e herdabilidade do fenótipo tipo-depressivo e resiliente e que a ketamina pode exercer seu efeito antidepressivo através da modulação de mecanismos epigenéticos e pró-inflamatórios.