Эпигенетические модификации гистонов интенсивно изучаются в связи с механизмами долговременной памяти. Ранее мы показали, что метилирование гистона Н3 по активаторным (Н3K4mе3) и ингибиторным (Н3K9mе2) сайтам играет важную роль в выработке оборонительного рефлекса пищевой аверзии у наземного моллюска Helix lucorum. Было предположено, что данные эпигенетические модификации находятся под контролем как активаторных, так и тормозных путей, вовлеченных в формирование долговременной памяти. Ключевым активаторным медиатором ЦНС моллюсков в формировании оборонительных рефлексов является медиатор серотонин, а тормозным – нейропептид FMRFамид. Инкубация ЦНС с этими веществами моделирует сенситизацию и привыкание соответственно. Оба этих процесса вовлечены в формирование долговременной памяти. С учетом противоположной роли серотонина и FMRFамида в пластичности оборонительных рефлексов нами были проведены сравнительные исследования по влиянию данных нейротрансмиттеров на метилирование гистона Н3 в функционально различных ганглиях ЦНС Helix. Показано, что серотонин и FMRFамид оказывают реципрокный эффект на метилирование гистона Н3 в подглоточном комплексе ганглиев ЦНС Helix, специализирующемся на оборонительном поведении. Так, инкубация ЦНС Helix c серотонином индуцирует метилирование гистона Н3 по активаторным (Н3K4me3) и ингибиторным (Н3K9me2) сайтам, тогда как инкубация с FMRFамидом снижает метилирование по обоим сайтам. Иную картину метилирования гистона Н3 мы наблюдали в церебральных ганглиях, участвующих в обработке сигналов пищевых стимулов. Инкубация ЦНС с серотонином не влияла на метилирование гистона Н3 по активаторному сайту и снижала метилирование по ингибиторному, а FMRFамид на метилирование гистона Н3 влияния не оказывал. Полученные данные свидетельствуют о том, что активаторные и ингибиторные пути, опосредуемые серотонином и FMRFамидом, способны взаимодействовать на эпигенетическом уровне через влияние на метилирование гистона Н3. Эти эпигенетические изменения могут лежать в основе конвергенции активаторных и тормозных путей, участвующих в формировании долговременной памяти, и влиять на экспрессию генов, необходимых для пластических перестроек.
Epigenetic modifications are studied intensively to understand mechanisms of long-term memory. We have shown that histone H3 methylation is important for the defense reflexes formation in the mollusk Helix lucorum. We suggested that these epigenetic modifications are controlled by facilitatory and inhibitory pathways involved in the long-term memory formation. Serotonin and neuropeptide FMRFamide play opposite roles in the formation of defensive reflexes. Serotonin strengthens synaptic connections between neurons of the network, and FMRFamid is an inhibitory transmitter leading to long-term depression. To study the epigenetic regulation of the processes involved in the long-term memory formation, we performed comparative studies on the serotonin and FMRFamide effects on histone H3 methylation in the CNS of the Helix. We found that the incubation of the CNS with serotonin induces methylation of histone H3 at both activating (Н3K4me3) and inhibitory (Н3K9me2) sites, while incubation with FMRFamide has an opposite effect reducing methylation of histone H3 in the subesophageal complex of ganglia, important for defensive behaviour. We observed a different methylation pattern of histone H3 in the cerebral ganglia involved in signal processing of food stimuli, where serotonin did not affect the methylation of histone H3 at the activator site and reduced methylation at the inhibitory site, while FMRFamid had no effect on methylation. The data indicate that the facilitatory and inhibitory processes mediated by serotonin and FMRFamide can interact at the epigenetic level, through histone H3 methylation by activating or inhibiting it, respectively. This may underlie the convergence of the activator and inhibitory pathways involved in the long-term memory formation and underlie following regulation of the expression of genes involved in long-term plasticity.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.