基于组蛋白H3乙酰化研究下丘脑Kiss1介导雌性大鼠生殖衰老的机制

Title: Histone H3 Acetylation Mediates Age-related Alterations of Kiss1 Expression in the hypothalamus: the Mechanism of female reproductive aging.Abstract: Female reproductive aging is characterized by delayed and attenuated GnRH-induced robust LH surges under E2 positive feedback. We have reported that Kiss1, the key neuropeptide for GnRH neuron activation and the GnRH-LH surge, reduced in the AVPV of middle-aged rats and may contribute to the early female reproductive aging. Our previous studies also demonstrated that epigenetic modification such as histone H3 acetylation in the anterior hypothalamus was significantly decreased in the early female reproductive aging rats. However, whether age-related decreased histone H3 acetylation is associated with reduced Kiss1 expression in the AVPV remains unknown. The present study will explore: 1) histone H3 acetylation in the AVPV mediates E2 positive feedback and early female reproductive aging phenotypes; 2) the mechanism of age-related decreased histone H3 acetylation in the AVPV induced less Kiss1 gene expression in the AVPV, by through molecular biologic methods, pharmacologic methodologies, CHIP and overexpression/shRNA technologies. Collectively, we anticipate exploring the mechanism of female reproductive aging in depth for discovering the potent aging-delay strategies.

雌激素正反馈诱导的黄体生成素高峰分泌时间延迟、幅度降低及总分泌量减少是早期女性生殖衰老的特征。包括组蛋白H3乙酰化在内的表观遗传学调控下丘脑生殖相关基因表达参与雌激素正反馈效应的发生。我们的前期研究发现早期生殖衰老时不仅雌激素正反馈诱导的下丘脑前腹侧室周核Kiss1表达减少，且下丘脑前脑组蛋白H3乙酰化明显降低，可能是导致早期生殖衰老大鼠促性腺激素释放激素神经元活化减少及黄体生成素高峰分泌异常的重要因素。本研究拟围绕早期生殖衰老时下丘脑前腹侧室周核Kiss1表达减少的关键调控机制，利用雌性早期生殖衰老大鼠模型，应用分子生物学、药理学、染色质免疫共沉淀、过表达和基因沉默技术，探讨雌激素正反馈作用下增龄所致的下丘脑组蛋白H3差异乙酰化介导Kiss1基因异常表达引起女性早期生殖衰老发生的分子机制，以期达到揭秘女性生殖衰老的关键原因及发掘可能延缓女性生殖衰老启动的新策略。

下丘脑促性腺激素释放激素GnRH(Gonadotropin releasing-hormone,GnRH)神经元活化减少合并黄体生成素(Luteinizing hormone,LH)高峰分泌时间延迟、幅度降低、总分泌量减少的表型，是生殖衰老开始启动的特征性现象。我们课题组既往的研究集中于GnRH神经元的传入神经通路，对E2正反馈作用下参与GnRH神经元激活的神经信号分子进行了广泛的搜罗，发现下丘脑GnRH神经元所接受的多个传入神经网络分子对E2正反馈作用的反应性降低，兴奋性及抑制性神经递质转录合成或释放失衡，是导致GnRH神经元激活锐减及释放减少的直接因素，进而引起LH分泌的一系列衰减性改变。证实了在早期生殖衰老阶段研究“GnRH传入神经元网络”增龄性改变的机制可能是揭秘女性生殖老化的关键突破口。. 根据新近的研究报道表观遗传学修饰的调控是引发衰老表型的决定性机制之一，并且组蛋白乙酰化是调控E2诱导下丘脑相关基因表达的重要机制；本研究结合前期基础，围绕女性生殖衰老发生的关键生物学事件“E2正反馈作用下下丘脑AVPV的Kiss1表达减少”，探讨组蛋白H3差异乙酰化介导ESR1靶基因Kiss1表达异常致早期生殖衰老发生的分子机制。利用雌性早期生殖衰老大鼠模型，应用分子生物学，药理学，原位杂交结合免疫荧光双标，CHIP等技术，发现E2正反馈作用下生殖衰老大鼠下丘脑AVPV存在明显的差异组蛋白H3乙酰化(H3ac)，与Kiss1神经细胞活化下降、Kiss1mRNA表达降低及LH分泌不足密切相关；进一步采用CHIP结合高通量组学对AVPV的H3ac调控基因分析发现，该区域93%的基因表达降低与H3ac降低相关，中枢给予组蛋白去乙酰化酶抑制剂TSA增加H3ac可明显增加Kiss1神经细胞活化、Kiss1mRNA表达及LH分泌不足。本研究是国内外首次证实下丘脑AVPV的组蛋白H3乙酰化异常是生殖衰老早期表型发生的关键生物学事件，基于表观遗传学的干预方法拓展了女性生殖衰老治疗的新方向。