Unraveling heterochromatin: investigation of the epigenetic changes during aging

The nucleolus is a nuclear body characterized by high dynamism and responsiveness to perturbation of cell homeostasis. Beyond ribosomal biogenesis, other relevant functions were recently assigned to this nuclear region related to cell proliferation control and apoptosis, telomere formation, transfer RNA modifications and stress sensing. Heterochromatin is usually associated to nuclear envelope and nucleolus defining regions called respectively lamin associated domains (LADs) and nucleolus associated domains (NADs). In this work we studied the distribution of specific epigenetic modifications: DNA methylation, trimethylation on lysin 9 (H3K9me3) and lysin 27 (H3K27me3) of histone H3 and on lysin 20 of histone H4 (H4K20me3) in NADs and their changes occurring with aging. We run immunohistochemistry at electron and fluorescence microscopy in mouse liver tissue. Hepatocytes are highly metabolic active cells involved in multiple functions and subjected to various stresses. These characteristics makes them ideal to investigate epigenetic changes during the aging process. We obtained snapshots of NADs epigenetic state which show high H3K9me3, H4K20me3 levels and high DNA methylation profiles. Moreover we demonstrated an increment of the of the relative trends along with aging.

Il nucleolo è un corpuscolo nucleare rotondeggiante tipico delle cellule eucariotiche caratterizzato da elevato dinamismo e sensibilità alle perturbazioni dell’omeostasi cellulare. Oltre alla biogenesi dei ribosomi, altre rilevanti funzioni sono state recentemente attribuite a questa regione nucleare: controllo della proliferazione cellulare e apoptosi, formazione dei telomeri, modificazioni dei transfer RNA e sensibilità a stress di varia natura. Nel nucleo, l’eterocromatina è solitamente associata all’involucro nucleare e al nucleolo definendo due regioni rispettivamente chiamate “lamin associated domains” (LADs) e “nucleolus associated domains” (NADs). In questo lavoro abbiamo analizzato la distribuzione di specifiche modificazioni epigenetiche: metilazione del DNA, trimetilazione della lisina 9 (H3K9me3) e 27 (H3K27me3) dell’istone H3 e trimetilazione della lisina 20 dell’istone H4 (H4K20me3) nei NADs e i loro cambiamenti con l’invecchiamento. Abbiamo svolto degli esperimenti di immunocitochimica al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) e a fluorescenza su sezioni di fegato di topo allo scopo di verificare la precisa localizzazione e abbondanza di questi marcatori epigenetici. Gli epatociti sono cellule ad elevata attività metabolica coinvolti in diverse funzioni e soggette a vari stress. Queste caratteristiche li rendono ideali per analizzare modifiche epigenetiche che si verificano durante l’invecchiamento. Abbiamo perciò ottenuto delle foto ad alta risoluzione del profilo epigenetico dei NADs il cui marcaggio è stato statisticamente valutato attraverso uno Student T-test considerando un p value inferiore a 0.005. I risultati ottenuti hanno evidenziato un’elevata presenza di H3K9me3, una diminuzione di H3K27me3 e un’abbondante metilazione del DNA durante il processo di invecchiamento.