中央杏仁核G9a表观遗传调控慢性疼痛形成

G9a is the main histone lysine methyltransferase for H3K9me1 and H3K9me2 ineuchromatin, which regulates the activity of gene transcription. Here we propose that G9a-mediated epigenetic gene regulation plays critical roles in development of chronic pain. The hypothesis is that H3K9me2 catalyzed by G9a is decreased from acute pain to chronic pain states, which causes H3K9me2 binding on a population of gene promoter regions reduction, resulting in suppression of these specific gene products. The downregulation of these proteins impaires g -aminobutyric acid (GABA) synaptic inhibition in central amygdala (CeA), leading to disinhibition of the neuronal network in the nucleus of CeA downstream target (e.g. periaqueductal gray), leading to persistent pain behavior. In the current project, by using optogenetic approaches with light-sensitive channels green algae channelrhodospin2 (ChR2)-transgenetic mice, we first identify the function of CeA GABA circuitry in chronic pain behaviour. Second, we will investigate the changes in CeA GABAergic synaptic transmission in mice with chronic pain, which will be linked to a epigenetic mechanism via G9a regulation. The aim of this project is to.characterize the role of GABA neuronal maladaptation in the development of chronic pain in an epigenetic manner mediated by G9a, which will provide potential new therapeutic strategies for chronic pain.

G9a是最主要组蛋白甲基化转移酶之一，是调控基因表达活性的表观遗传标志蛋白。我们提出，G9a介导的基因表观遗传调控在慢性疼痛形成中发挥至关重要作用。具体假设为：急性疼痛向慢性疼痛发展过程中，G9a介导的组蛋白K9二甲基化（H3K9me2）水平降低，后者与特定基因启动子的结合发生量变，导致目标基因表达活性变化从而降低了中央杏仁核（CeA）GABA突触效能，这将去抑制其投射核团（如中脑导水管周围灰质）神经网络，这种神经适应性是慢性疼痛形成的神经生物学基础。本课题拟采用表观遗传学、分子生物学、电生理学和光遗传学（光敏感通道特异性表达于GABA神经元的转基因鼠）等方法检测慢性疼痛形成过程中，CeA GABA能突触传递的变化规律及其产生的表观遗传学机制。期望在G9a介导的表观遗传学水平阐述CeA GABA系统参与慢性疼痛的作用和机制。

在项目实施的前2年，我们根据原计划任务展开研究，发现持续的神经损伤环境下， G9a在表观遗传水平上调了糖皮质激素释放激素受体1（CRFR1）参与神经痛形成，并增加的吗啡奖赏。该研究结果发表与2018年Translational Psychiatry。. 在该项目的实施过程中，我们发现DNA甲基化结合蛋白MeCP2参与了疼痛的持续和传代。我们首先利用功能磁共振发现了亲代和子代慢性疼痛患者存在诸多活性改变的脑区，如躯体感觉皮层。以此为基础，申请人建立了神经痛传代的小鼠模型，发现慢性神经痛小鼠子代表现出显著的痛敏和焦虑样行为。结合双光子钙成像和化学遗传等方法，我们发现躯体感觉皮层谷氨酸神经元（S1Glu）兴奋性升高是亲代和子代疼痛的共同特征。那么，S1Glu神经适应性发生的分子机制是什么？我们发现，神经痛小鼠亲代、子一代和子二代的S1Glu神经元内的DNA甲基化结合蛋白MeCP2均升高，并与S1Glu神经元兴奋性升高呈正相关。利用转基因或病毒方式操控亲代S1Glu神经元内的MeCP2表达，显著改变子代小鼠痛觉阈值，并与S1Glu神经元活性相关。通过对单个S1Glu神经元测序发现，MeCP2调控多个基因表达活性模式改变在痛敏的亲代和子代小鼠一致，我们推测了这些基因在疼痛传代过程中的可能作用。该结果项目主持人以第一作者于2019年投稿于Progress in Neurobiology期刊（In revision）。