Targeting histone demethylase LSD1 for treatment of deficits in autism mouse models

脱甲基酶 生物 组蛋白 废气再循环1 表观遗传学 染色质免疫沉淀 自闭症 组蛋白甲基化 神经科学 转录因子 遗传学 基因表达 DNA甲基化 基因 心理学 发起人 精神科
作者
Maximiliano Rapanelli,Jamal B. Williams,Kaijie Ma,Fengwei Yang,Ping Zhong,R.P. Patel,Manasa Kumar,Luye Qin,Benjamin Rein,Zijun Wang,Bibi Kassim,Behnam Javidfar,Lizette Couto,Schahram Akbarian,Zhen Yan
出处
期刊:Molecular Psychiatry [Springer Nature]
卷期号:27 (8): 3355-3366 被引量:26
标识
DOI:10.1038/s41380-022-01508-8
摘要

Large-scale genetic studies have revealed that the most prominent genes disrupted in autism are chromatin regulators mediating histone methylation/demethylation, suggesting the central role of epigenetic dysfunction in this disorder. Here, we show that histone lysine 4 dimethylation (H3K4me2), a histone mark linked to gene activation, is significantly decreased in the prefrontal cortex (PFC) of autistic human patients and mutant mice with the deficiency of top-ranking autism risk factor Shank3 or Cul3. A brief treatment of the autism models with highly potent and selective inhibitors of the H3K4me2 demethylase LSD1 (KDM1A) leads to the robust rescue of core symptoms of autism, including social deficits and repetitive behaviors. Concomitantly, LSD1 inhibition restores NMDA receptor function in PFC and AMPA receptor-mediated currents in striatum of Shank3-deficient mice. Genome-wide RNAseq and ChIPseq reveal that treatment of Shank3-deficient mice with the LSD1 inhibitor restores the expression and H3K4me2 occupancy of downregulated genes enriched in synaptic signaling and developmental processes. The immediate early gene tightly linked to neuronal plasticity, Egr1, is on the top list of rescued genes. The diminished transcription of Egr1 is recapitulated in PFC of autistic human patients. Overexpression of Egr1 in PFC of Shank3-deficient mice ameliorates social preference deficits. These results have for the first time revealed an important role of H3K4me2 abnormality in ASD pathophysiology, and the therapeutic potential of targeting H3K4me2 demethylase LSD1 or the downstream molecule Egr1 for ASD.
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