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Título: Antenatal Glucocorticoid Treatment and the Epigenome
Autores: Crudo, Ariann
Fecha: 2013
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Health Sciences - Pharmacology
Descripción: In late gestation, fetal endogenous glucocorticoids increase exponentially. This dramatic increase in glucocorticoids acts to mature several organ systems. As a result, synthetic glucocorticoids (sGCs) are administered to pregnant women at risk of delivering pre-term (>10% of all pregnancies). While this treatment is highly effective in the fetal lung, little is known concerning its long-term consequences in humans. Animal studies have demonstrated that offspring prenatally exposed to sGCs are at risk of behavioral abnormalities and modifications in hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis and endocrine function; this involves long-term changes in gene expression. Given that the effects of antenatal sGC exposure are stable, long lasting and can manifest across generations, in concert with the fact that early life exposure has the ability to modify the epigenome of offspring, we now hypothesize that epigenetic mechanisms are the route by which sGC permanently modifies behavior and endocrine function in offspring. DNA methylation is a covalent modification of DNA, which plays an essential role in generating stable changes in gene expression. For this reason, the impact of late gestational development and antenatal sGC treatment on global methylation has been investigated. Our results demonstrated organ-specific changes in global methylation, which occur following the endogenous cortisol surge. Further, we noted that these modifications in global methylation could be prematurely initiated by intrauterine exposure to sGC. However, long-term, these sGC-induced global DNA methylation changes are further altered, and these changes are present into adulthood and persist in the next generation. Further, our data indicated that prenatal sGC exposure impacts the expression of several key genes involved in epigenetic regulation.Determining the genome-wide fetal epigenetic landscape was of critical importance to begin to elucidate the mechanisms by which glucocorticoid exposure in late gestation generates its long-term consequences. High-density promoter microarrays identified the fetal hippocampal promoter regions that exhibited differential DNA methylation and Histone-3-lysine-9 (H3K9) acetylation. Our results indicated that the fetal glucocorticoid surge is partially responsible for significantly modifying promoter methylation in a large number of genes. Further, we observed that antenatal sGC exposure significantly impacts DNA methylation and H3K9 acetylation in the fetal hippocampus. The impact of elevated fetal glucocorticoid exposure was further investigated using genome-wide transcription arrays. We noted that exposure to excess glucocorticoids in late gestation substantially altered the mRNA levels of a broad number of genes. Further, we identified fetal hippocampal promoter regulatory regions, in which the glucocorticoid receptor (GR) is bound during late gestational development and following antenatal sGC therapy. Considering the extensive clinical use of antenatal sGC therapy, the data within this thesis are essential, as they provide an understanding of the long-term epigenetic consequences of such a treatment, in a relevant animal model. Further, it advances our knowledge of fetal programming and the underlying mechanisms associated with antenatal sGC treatment.
À la fin de la gestation, les niveaux de glucocorticoïdes endogènes fœtaux augmentent de façon exponentielle. Cette augmentation spectaculaire des glucocorticoïdes agit sur la maturation de nombreux organes. En conséquence, des glucocorticoïdes de synthèse (sGC) sont administrés aux femmes enceintes qui risquent d'accoucher avant terme (>10% des grossesses). Tandis que ce traitement est hautement efficace pour la maturation pulmonaire du fœtus, peu de choses sont connues quant à ses conséquences sur le long terme chez l'homme. Des études chez l'animal ont montré que la progéniture exposée aux sGC pendant la gestation présentait un risque de développer des anomalies de comportement et des modifications dans l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) ainsi que dans les fonctions endocrines; ceci impliquant des changements à long terme de l'expression génique. De plus, Il a été montré que les effets de l'exposition anténatale aux sGC étaient stables, durables et pouvaient se manifester à travers plusieurs générations. Il a récemment été établit que l'exposition au début de la vie avait la capacité de modifier l'épigénome de la descendance. Une unique étude a montré que les sGC pouvaient augmenter l'expression génique dans le foie fœtal par le biais d'une déméthylation de l'ADN des promoteurs. Ainsi, nous avons proposé que des mécanismes épigénétiques pouvaient représenter une voie par laquelle les sGC modifient de façon permanente le comportement et les fonctions endocrines de la progéniture. La méthylation de l'ADN est une modification covalente de l'ADN qui joue un rôle essentiel dans la mise en place de changements stables de l'expression génique. Pour cette raison, l'impact du traitement aux sGC lors du développement gestationnel tardif et anténatal sur les niveaux de méthylation globale a été examiné. Nos résultats montrent des changements dans la méthylation globale spécifiques aux organes, qui se produisent après la poussée de cortisol endogène. De plus, nous avons noté que ces modifications de méthylation globale pouvaient être initiées prématurément par l'exposition intra-utérine aux sGC. Cependant, à long terme, ces changements de méthylation globale, induits par les sGC, sont altérés et ces changements sont présents à l'âge adulte et persistent dans la génération suivante. Par ailleurs, nos données indiquent que l'exposition prénatale aux sGC a un impact sur l'expression de plusieurs gènes clés de la régulation épigénétique. Déterminer le paysage épigénétique à l'échelle du génome entier revêtait une importance capitale pour commencer à élucider les mécanismes par lesquels l'exposition aux glucocorticoïdes en fin de gestation pouvait induire des conséquences à long terme. Des micropuces à haute densité des promoteurs ont permis d'identifier les régions des promoteurs dans l'hippocampe fœtal qui présentaient des différences de méthylation de l'ADN et de l'acétylation de la lysine 9 des histones 3 (H3K9). Nos résultats indiquent que la poussée de glucocorticoïdes fœtaux est partiellement responsable des modifications significatives de la méthylation des promoteurs d'un grand nombre de gènes. De plus, nous avons observé que l'exposition anténatale aux sGC avait un impact significatif sur la méthylation de l'ADN et l'acétylation de H3K9 dans l'hippocampe fœtal. L'impact de l'exposition à des niveaux élevés de glucocorticoïdes fœtaux a été étudié plus avant en utilisant des puces de transcription du génome entier. Nous avons noté que l'exposition à un excès de glucocorticoïdes altérait considérablement les niveaux d'expression génique, et ces changements d'expression sont associés aux niveaux de méthylation de l'ADN de leurs promoteurs. D'autre part, nous avons identifié des régions régulatrices dans les promoteurs dans l'hippocampe fœtal, dans lesquelles GR se lie lors de la gestation tardive et de la thérapie anténatale aux sGC.
Idioma: en