HDAC1 régule miR-124-5p et NPY pour moduler l'apprentissage et la mémoire chez des modèles rats dépressifs

Résumé

Les recherches sur les histone déacétylases (HDAC) dans la dépression sont nombreuses, mais peu portent sur HDAC1. Cette étude vise à élucider le mécanisme de l'axe HDAC1/microARN (miR)-124-5p/neuropeptide Y (NPY) dans la dépression. Des rats Sprague Dawley sont soumis à un stress imprévisible chronique léger (CUMS) pour établir un modèle dépressif. Les rats dépressifs reçoivent une injection d'HDAC1 inhibé ou de miR-124-5p supprimé pour explorer leurs rôles sur le poids corporel, les capacités d'apprentissage et de mémoire, le stress oxydatif et l'inflammation dans le sérum, et l'expression des neurotransmetteurs dans l'hippocampe. L'expression de miR-124-5p, HDAC1 et NPY dans l'hippocampe est mesurée, et leurs interactions confirmées. On observe une surexpression de miR-124-5p et HDAC1 et une sous-expression de NPY dans l'hippocampe des rats dépressifs. L'inhibition de miR-124-5p ou la suppression d'HDAC1 améliorent l'apprentissage, la mémoire et augmentent le poids corporel. La suppression de miR-124-5p ou l'inhibition d'HDAC1 réduisent le stress oxydatif et l'inflammation et favorisent l'expression des neurotransmetteurs. HDAC1 médie miR-124-5p pour réguler NPY. La suppression de NPY abolit les effets protecteurs de l'inhibition de miR-124-5p. Cette étude montre que la suppression de miR-124-5p ou d'HDAC1 surexprime NPY pour améliorer la mémoire et l'apprentissage chez les rats dépressifs, apportant de nouvelles connaissances et une piste thérapeutique novatrice.

Introduction

La dépression est un trouble psychiatrique sévère entraînant d'importants fardeaux économiques et sociaux mondiaux. Elle se caractérise par des changements physiologiques, cognitifs et comportementaux menaçant la santé globale. Les traitements actuels ont progressé avec la kétamine comme antidépresseur rapide et le raffinement d'outils ciblant des sous-populations neuronales. Des nanoarchitectures polyvalentes (points de carbone) s'appliquent aussi aux troubles neurologiques. Pourtant, un traitement inadéquat mène à de mauvaises performances, dysfonctionnements comportementaux, maladies physiques, abus de substances et suicide. Il est urgent de découvrir des agents innovants.

Il est documenté que le taux de miR-124 augmente dans le plasma en cas de dépression et sous antidépresseurs. Lors de dépression induite par CUMS, l'expression de miR-124 dans l'hippocampe varie dynamiquement, indiquant différents stades pathologiques. miR-124 est candidat pour améliorer les comportements dépressifs dans le trouble dépressif majeur. Sa suppression dans le cortex préfrontal agit comme antidépresseur chez la souris. L'histone déacétylase 1 (HDAC1) médie miR-124 et forme un complexe multi-protéines pour la régulation transcriptionnelle et les modifications épigénétiques. Une altération de l'activité d'HDAC1 favorise la résilience dans le trouble dépressif majeur. La suppression d'HDAC1 dans le cerveau améliore les troubles de l'humeur et d'autres maladies cérébrales à plasticité neuronale altérée. Les inhibiteurs d'HDAC atténuent les comportements anxieux et la consommation d'alcool, et augmentent l'expression de NPY. Une altération de l'activité HDAC augmente l'expression de NPY dans les noyaux amygdaliens. NPY est un neuropeptide orexigène hypothalamique suffisant pour prévenir anxiété, troubles sociaux et symptômes dépressifs. NPY et ses récepteurs ont des effets anti-inflammatoires et antidépresseurs dans des modèles rats de dépression induite par lipopolysaccharide. L'interaction combinée de l'axe HDAC1/miR-124-5p/NPY dans la dépression reste floue. Cette étude vise à en élucider le mécanisme pour identifier une cible thérapeutique.

Matériaux et méthodes

Déclaration d'éthique

Les expériences animales respectent les exigences éthiques du Premier Hôpital Affilié de l'Université Médicale de Harbin. Les conditions d'élevage sont optimisées, le nombre d'animaux réduit et la souffrance minimisée.

Animaux expérimentaux

Rats Sprague-Dawley mâles SPF, 200–220 g, fournis par le Centre de Recherche Animale du Premier Hôpital Affilié (Harbin, Chine). Environnement SPF (22–24 °C, 60–64 % humidité, cycle 12 h jour/nuit). Accès libre à l'eau et nourriture sauf pendant le modèle et points temporels spécifiques.

Groupes et établissement du modèle

Rats modélisés répartis aléatoirement en 8 groupes (n=10) : groupe normal (sans traitement), groupe CUMS (dépression induite), groupe sh-NC (CUMS + lentivirus sh-HDAC1 NC), groupe sh-HDAC1 (CUMS + lentivirus sh-HDAC1), groupe anti-miR-NC (CUMS + lentivirus anti-miR-124-5p NC), groupe anti-miR-124-5p (CUMS + lentivirus anti-miR-124-5p), groupe anti-miR-124-5p + sh-NC (CUMS + anti-miR-124-5p + sh-NPY NC), groupe anti-miR-124-5p + sh-NPY (CUMS + anti-miR-124-5p + sh-NPY).

Modèle CUMS selon la méthode de Willner. Groupe normal : alimentation/eau sans stimulus. Autres groupes : 35 jours de CUMS en cages individuelles. Stimuli quotidiens aléatoires : nage eau glacée 4 °C 5 min, inversion jour/nuit, pince queue 30 s, secousse 1 min, jeûne/privation eau 24 h, stimulation ultrasonique 30 min (50 Hz), litière mouillée, climatisation 17 °C. Même stimulus max 5 fois total.

Rats anesthésiés (pentobarbital sodique 2 %, 50 mg/kg). Injection bilatérale hippocampique (coordonnées stéréotaxiques) de lentivirus à 1 µL/min (seringue Hamilton, aiguille 26 G). Aiguille maintenue 5 min pour éviter reflux. Crâne scellé cire osseuse, incision suturée, récupération 7 jours. Lentivirus sh-HDAC1, anti-miR-124-5p, sh-NPY et leurs contrôles (titre 10⁸ TU/mL) achetés chez GenePharma (Shanghai).

Tests de fonction comportementale

Poids mesuré jour 0 (avant CUMS), jour 36 (après CUMS), jour 52 (après lentivirus). Test en champ ouvert (OFT) : boîte bois noir 100×100×50 cm, 25 grilles 20×20 cm, suivi vidéo. Mesure : franchissements de grille (membres antérieurs + un postérieur) et redressements (membres antérieurs levés, station debout sur un postérieur). Environnement calme, lumière tamisée. Nettoyage 75 % alcool entre tests.

Test de préférence pour le sucrose (SPT) : anhedonie symptomatique. 2 bouteilles eau sucrée 1 % (p/p) 24 h, puis 1 eau stérile + 1 eau sucrée 24 h. Après jeûne 23 h, 1 bouteille eau stérile + 1 eau sucrée 30 min, inversion position, 30 min supplémentaires. Consommation mesurée. SPP = conso eau sucrée / (eau sucrée + eau stérile) × 100 %.

Labyrinthe aquatique de Morris (MWM) : apprentissage spatial et mémoire. Réservoir circulaire 150 cm Ø, 60 cm haut, eau 40 cm, 22±1 °C, teintée noir. 4 quadrants (SE, SW, NW, NE) avec repères visuels. Plateforme circulaire transparente 11 cm Ø, centre quadrant NE, immergée 1,5 cm. Suivi vidéo : vitesse, trajet, temps pour atteindre plateforme, temps par quadrant. Rats placés aléatoirement dans 4 quadrants, 60 s pour trouver plateforme. Échec : guidage, latence 60 s. Séjour 15 s sur plateforme. 4 essais/jour pendant 5 jours. Latence finale = moyenne jours 3-5. Jour 6 : test exploration spatiale (plateforme retirée, départ quadrant SW, temps passé quadrant NE en 60 s). Chronologie figure 1.

Prélèvement d'échantillons

Jour 21 gestation (après dernier MWM) : euthanasie, injection intrapéritonéale pentobarbital 2 % (50 mg/kg). Prélèvement sanguin cardiaque, centrifugation 3× 3500 tr/min 15 min, surnageant -20 °C. Perfusion 500 mL saline via ventricule gauche/aorte. Hippocampes prélevés, pesés, stockés -80 °C. Partie fixée 4 % paraformaldéhyde 2 h, déshydratation sucrose gradient, inclusion paraffine.

Détection indices stress oxydatif et inflammation

Sérum réchauffé : dosage SOD, MDA, GSH, IL-1β, TNF-α, NO. Kits SOD, MDA, GSH : Beyotime (Shanghai). Kits ELISA IL-1β, TNF-α, NO : Nanjing JianCheng Bioengineering Institute.

Coloration hématoxyline-éosine (HE)

Coupes paraffine : déparaffinage, réhydratation éthanol, eau distillée, hématoxyline 20 min, eau robinet jusqu'à bleu, HCl éthylique 1 % 10 s, eau, déshydratation éthanol, éosine 2 min, alcool concentré, xylène, montage, observation microscope biologique.

Détection expression neurotransmetteurs

Tissus hippocampiques pesés, homogénéisés ultrasons dans saline (100 µL/10 mg). 4 °C 30 min, centrifugation 12 000 tr/min (4 °C) 3 min, surnageant. Concentration protéines : kit BCA (CWBIO, Beijing). Dosage NE, 5-HT, DA par ELISA (kits Liweiping Biotechnology, Beijing).

RT-qPCR

ARN extrait tissus hippocampiques (kit Promega, Madison). Concentration/pureté : spectrophotomètre UV. Transcription inverse : kit DRR047S (Takara, Dalian). ARNm → cDNA : kit GoldScript one-step RT-PCR (Applied Biosystems). miARN : kit Hairpin-it™ miRNA quantitative detection (GenePharma). Détection RT-qPCR HDAC1, miR-124-5p, NPY (kit Promega). Contrôles internes : U6 pour miR-124-5p, β-actine pour HDAC1 et NPY. Amorces Sangon Biotech (Shanghai). Expression relative : méthode 2⁻ΔΔCt.

Western Blot

Tissus hippocampiques fragmentés sur glace, lysats RIPA (Beijing Solarbio). Concentration protéines : BCA. 50 µg protéines + tampon chargement SDS 5× (1:4), ébullition 5 min. Électrophorèse SDS-PAGE, transfert membrane, blocage lait 5 % 1 h. Anticorps primaires overnight : HDAC1 (1:1000, CST), NPY (1:800, NeoMakers), β-actine (1:1000, Abcam). Anticorps secondaires peroxydase. Détection chimiluminescence amplifiée. Analyse densitométrique Quantity One. Expression = rapport valeur grise cible / β-actine.

Test ChIP (Immunoprécipitation de chromatine)

Kit EZ-ChIP (Millipore). Cellules HEK293T : formaldéhyde 1 % 10 min, arrêt glycine. Centrifugation 2000 tr/min 5 min, tampon lyses SDS, sonication. Centrifugation 10 000 g 4 °C 10 min. 100 µL cellules + 900 µL tampon dilution ChIP, 20 µL PIC 50×, 60 µL Protéine A Agarose/ADN sperme saumon 4 °C 1 h, repos 10 min. Centrifugation 700 tr/min 1 min, 20 µL input. Tube 1 : anticorps HDAC1 (1 µL) + IgG. Tube 2 : sans anticorps. Incubation overnight, élution, dé-croisement. Récupération ADN, RT-qPCR.

Test gène rapporteur double luciferase

Prédiction sites liaison miR-124-5p/NPY : site bioinformatique https://cm.jefferson.edu/rna22/Precomputed/. Plasmides NPY-WT et NPY-MUT construits (Huayueyang Biotechnology, Beijing). Co-transfection cellules HEK293T avec mimic NC ou miR-124-5p mimic + plasmides. Activité luciferase : kit détection (BioVision), luminomètre Glomax20/20 (Promega).

Analyse statistique

SPSS 21.0 (IBM). Moyenne ± écart-type. Comparaison 2 groupes : test t. Groupes multiples : ANOVA unidirectionnelle + test post-hoc Tukey. p bilatéral, p < 0,05 significatif.

Résultats

L'inhibition d'HDAC1 ou miR-124-5p augmente le poids des rats dépressifs

Poids jour 0, jour 36, jour 52. Aucune différence jour 0 (tous p > 0,05). Après modélisation : poids diminué groupes CUMS, sh-NC, sh-HDAC1, anti-miR-NC, anti-miR-124-5p vs normal (tous p < 0,05). Pas de différence entre ces groupes CUMS (p > 0,05). Après interférence : poids diminué groupe CUMS vs normal (p < 0,05). Pas de différence groupes CUMS, sh-NC, anti-miR-NC (p > 0,05). Poids augmenté groupes sh-HDAC1 et anti-miR-124-5p vs leurs NC respectifs (p < 0,05). L'inhibition d'HDAC1 ou miR-124-5p augmente le poids des rats dépressifs (Figure 2a).

L'inhibition d'HDAC1 ou miR-124-5p améliore l'apprentissage et la mémoire

SPT, OFT, MWM : SPP, franchissements, redressements, latence évasion, temps exploration. Avant interférence : vs normal, SPP, franchissements, redressements, temps exploration diminués, latence prolongée dans groupes CUMS, sh-NC, sh-HDAC1, anti-miR-NC, anti-miR-124-5p (p < 0,05), confirmant comportements dépressifs. Pas de différence entre ces groupes (p > 0,05). Après interférence : vs sh-NC et anti-miR-NC, SPP, franchissements, redressements, temps exploration augmentés, latence raccourcie dans groupes sh-HDAC1 et anti-miR-124-5p (p < 0,05). Pas de différence groupes CUMS, sh-NC, anti-miR-NC (p > 0,05). Le silence d'HDAC1 ou la suppression de miR-124-5p atténuent les comportements dépressifs et améliorent apprentissage/mémoire (Figure 2b-f).

L'inhibition d'HDAC1 ou miR-124-5p atténue les lésions neuronales hippocampiques

Coloration HE (Figure 3a) : groupe normal : neurones bien organisés, morphologie claire, structure normale, couches denses, noyaux/nucleoli nets. Groupe CUMS : neurones rétractés, moins nombreux, disposition lâche, chromatine inégalement répartie, couches amincies. Groupes sh-NC et anti-miR-NC identiques à CUMS. Groupes sh-HDAC1 et anti-miR-124-5p : neurones plus nombreux, ordonnés, lésions atténuées vs leurs NC. L'inhibition d'HDAC1 ou miR-124-5p soulage les lésions hippocampiques.

L'inhibition d'HDAC1 ou miR-124-5p surexprime les neurotransmetteurs

Dépression liée aux troubles neurotransmetteurs. Dosage DA, NE, 5-HT hippocampiques par ELISA (Figure 3b-d) : vs normal, taux réduits dans groupes CUMS, sh-NC, sh-HDAC1, anti-miR-NC, anti-miR-124-5p (p < 0,05). Pas de différence groupes CUMS, sh-NC, anti-miR-NC (p > 0,05). Vs sh-NC et anti-miR-NC : DA, NE, 5-HT augmentés dans groupes sh-HDAC1 et anti-miR-124-5p (p < 0,05). La réduction d'HDAC1 ou miR-124-5p surexprime DA, NE, 5-HT chez rats dépressifs.

L'inhibition d'HDAC1 ou miR-124-5p supprime stress oxydatif et inflammation

Facteurs sériques (Figure 4a-f) : vs normal, activités SOD, GSH diminuées ; MDA, IL-1β, TNF-α, NO augmentés dans groupes dépressifs (p < 0,05). Pas de différence groupes CUMS, sh-NC, anti-miR-NC (p > 0,05). Vs sh-NC et anti-miR-NC : activités SOD, GSH augmentées ; MDA, IL-1β, TNF-α, NO diminués dans groupes sh-HDAC1 et anti-miR-124-5p (p < 0,05). La déplétion d'HDAC1 ou la réduction de miR-124-5p allègent stress oxydatif et inflammation.

HDAC1 médie miR-124-5p pour réguler NPY

RT-qPCR et Western blot hippocampiques (Figure 5a,b) : vs normal, HDAC1 et miR-124-5p augmentés, NPY diminué groupe CUMS (p < 0,05). Pas de variation groupes CUMS vs sh-NC (p > 0,05). Vs sh-NC : groupe sh-HDAC1 montre HDAC1 et miR-124-5p diminués, NPY augmenté (p < 0,05). Relation positive HDAC1/miR-124-5p confirmée.

Après suppression miR-124-5p (Figure 5c,d) : vs normal, miR-124-5p élevé, NPY réduit groupe CUMS (p < 0,05). Groupe anti-miR-124-5p : miR-124-5p diminué, NPY élevé vs anti-miR-NC (p < 0,05). Pas de différence groupes CUMS vs anti-miR-NC (p > 0,05). Relation négative miR-124-5p/NPY confirmée.

Test ChIP (Figure 6a,b) : HDAC1 lie spécifiquement le promoteur miR-124-5p (p < 0,001), pas régions intergéniques non apparentées. HDAC1 régule directement miR-124-5p.

Relation cible miR-124-5p/NPY prédite (RNA22) et vérifiée (double luciferase, Figure 6c,d) : co-transfection NPY-3'UTR-WT + miR-124-5p mimic → activité luciferase diminuée (p < 0,05). NPY-3'UTR-MUT + mimic : pas de différence (p > 0,05). miR-124-5p cible directement NPY.

La suppression de NPY abolit les effets protecteurs de l'inhibition de miR-124-5p

Déplétion concomitante NPY et miR-124-5p (Figure 7a,b) : NPY plus bas groupe anti-miR-124-5p + sh-NPY vs anti-miR-124-5p + sh-NC (p < 0,05). Poids et tests comportementaux (Figure 7c-f) : vs anti-miR-124-5p + sh-NC, groupe anti-miR-124-5p + sh-NPY : poids réduit, SPP, franchissements, redressements, temps exploration diminués, latence augmentée (p < 0,05). HE (Figure 8a) : neurones hippocampiques réduits, coloration foncée, disposition sparse/désordonnée, forme irrégulière, couches réduites. Neurotransmetteurs (Figure 8b) : DA, NE, 5-HT réduits (p < 0,05). Stress oxydatif/inflammation (Figure 8c,d) : SOD, GSH altérés ; MDA, IL-1β, TNF-α, NO augmentés (p < 0,05). La suppression de NPY annule les effets protecteurs de la répression de miR-124-5p.

Discussion

La dépression est un trouble psychiatrique hétérogène. Bien que le rôle des miARN soit émergent, l'action précise de miR-124-5p est peu étudiée. Cette étude vise à comprendre l'axe miR-124-5p/HDAC1/NPY, avec pour résultat majeur que le silence d'HDAC1 ou miR-124-5p surexprime NPY et améliore mémoire/apprentissage chez rats dépressifs.

L'expression hippocampique d'HDAC1 est élevée. Les essais de perte de fonction montrent que la suppression d'HDAC1 augmente le poids, améliore apprentissage/mémoire, atténue dommages pathologiques, surexprime neurotransmetteurs, supprime stress oxydatif/inflammation. La littérature rapporte une élévation d'HDAC1 dans phénotypes dépressifs/anxieux induits par stress transgénérationnel, dans la pénombre d'AVC thrombothrombotique, dans l'épilepsie temporale. Fonctionnellement, la surexpression virale d'HDAC1 hippocampique altère la mémoire contextuelle de peur. Les inhibiteurs d'HDAC inversent les déficits cognitifs des maladies neurodégénératives et du vieillissement. La suppression d'HDAC1 par la tianéptine améliore neuroplasticité et mémoire. La répression d'HDAC1 inhibe les processus pathogènes menant à la dégénérescence des motoneurones dans maladies mitochondriales. Le silence d'HDAC1 (composé 5-thiényl-substitué) prévient partiellement la mort neuronale dans modèles Parkinson. Ces données soutiennent les effets protecteurs d'HDAC1 silencié dans maladies cérébrales dont la dépression.

Notre étude révèle une relation cible HDAC1/miR-124-5p, soutenue par une étude antérieure : la transcription de miR-124 est contrôlée par EVI1 via HDAC1. miR-124-5p est surexprimé chez rats dépressifs ; sa suppression a effets similaires à ceux du silence d'HDAC1. L'expression de miR-124 hippocampique augmente de 5 à 6 semaines dans phénotypes dépressifs. miR-124 élevé chez femmes avec trouble usage cocaïne. miR-124-3p hautement exprimé chez rongeurs stressés (trouble dépressif majeur). Effets : suppression miR-124 cortex préfrontal atténue comportement dépressif souris. miR-124 knockdown : antidépresseur dans modèle corticosterone chronique/gypénosides souris. Améliore susceptibilité comportementale à stress modéré. Protège contre neurodégénérescence induite par kétamine in vivo/in vitro. La suppression de miR-124-5p est active pour atténuer la dépression.

NPY est régulé par HDAC1 et miR-124-5p. Les déficits liés à HDAC2 dans l'acétylation histone peuvent être liés à la baisse de NPY et contrôler comportements anxieux/alcool. NPY sous-exprimé chez rats dépressifs ; sa surexpression favorise récupération apprentissage/mémoire. Dans comportements dépressifs, modèles rats montrent NPY réduit. Expression NPY déclinée chez souris dépressives. Nos résultats concordent avec la littérature.

Nos résultats novateurs : inhibition miR-124-5p ou suppression HDAC1 améliorent apprentissage/mémoire, augmentent poids, suppriment stress oxydatif/inflammation, favorisent neurotransmetteurs chez rats dépressifs. HDAC1 médie miR-124-5p pour réguler NPY. Expériences de secours : suppression NPY abolit effets protecteurs de l'inhibition miR-124-5p.

Conclusion

En résumé, cette étude met en lumière l'effet de l'axe HDAC1/miR-124-5p/NPY dans la dépression : inhibition miR-124-5p ou suppression HDAC1 améliorent apprentissage/mémoire, augmentent poids, suppriment stress oxydatif/inflammation, favorisent neurotransmetteurs chez rats dépressifs. L'axe HDAC1/miR-124-5p/NPY fournit une référence pour traiter troubles neurologiques et actualise les connaissances sur la dépression. Des études supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement ce mécanisme complexe.