Новая функция серотонина: регуляция экспрессии генов

Международная группа ученых опубликовала статью о новых функциях нейромедиатора серотонина. Серотонин критически важен для множества биологических процессов, от передачи сигналов между нейронами до регуляции настроения и перистальтики желудочно-кишечного тракта. Новая работа описывает неожиданный аспект его действия.

Ранее было показано, что серотонин образует ковалентные связи с цитозольными белками в реакции трансамидирования, которую проводит фермент трансглютаминаза 2 (TGM2), и что при этом, вероятно, изменяются сигнальные свойства белков. Авторы нового исследования установили, что серотонин таким же образом связывается с гистоном Н3. Интересно, что серотонилированию подвергается остаток глутамина, расположенный рядом с остатком лизина, присоединение к которому трех метильных групп — известный маркер инициации транскрипции. Модифицированная форма гистона получила название H3K4me3Q5ser (K — лизин, Q — глутамин). В настоящее время известно множество модификаций гистонов, но серотонилирование этих белков до сих пор не было описано.

Модифицированный гистон H3K4me3Q5ser был обнаружен в нервных тканях многих организмов, от дрозофилы до человека. У млекопитающих им обогащены ткани, производящие серотонин, такие как мозг и кишечник, встречается он также в сердце, клетках крови и яичках. Уровень H3K4me3Q5ser в клетках повышается после дифференциации — это было показано на плюрипотентных клетках человека, которые дифференцировались в серотонинергические нейроны, на тканях мозга мышиных эмбрионов и на других моделях. Из полученных результатов можно сделать вывод, что присоединение к гистону серотонина уменьшает компактизацию ДНК и делает ее более доступной для белков, осуществляющих транскрипцию. Этот эффект ослабевал при введении в клетки гена гистона Н3 с мутацией, предотвращающей привоединение серотонина. Также исследователи выяснили, что серотонилирование влияет на взаимодействие с гистоном десятков других белков, в том числе усиливается связывание с транскрипционным фактором II (комплекс TFIID).

Доктор Иэн Мэйз из Медицинской школы Икана в Маунт-Синай (Нью-Йорк), ведущий автор статьи, утверждает, что открытие новой функции серотонина поднимает множество вопросов, на которые только предстоит ответить. «Эта работа обещает коренным образом изменить способ интерпретации биологической активности серотонина и, возможно, других моноаминов в данной области», — добавляет он. Изменение парадигмы, возможно, приведет к созданию новых лекарственных препаратов. Возможно, серотонин влияет на эмоциональное состояние человека также через регуляцию генной экспрессии, и не исключено, что связываться с гистоновыми и негистоновыми белками могут и другие моноаминовые нейромедиаторы.