Aggressive behaviour is a complex phenomenon that often arises in early childhood and typically decreases with age. Studies have shown that adults with severe aggression often have lower serotonin (5-HT) neurotransmission. The hypothesis of this thesis is that 5-HT alterations associated with childhood aggression are also defined by epigenetic mechanisms through differential methylation of critical genes in the 5-HT pathway that can be detected in peripheral white blood cells. Serotonin transporter (SLC6A4) was chosen in this study based on its importance in 5-HT function and preliminary genomic DNA microarray data. We first determined the state of DNA methylation of SLC6A4 promoter using pyrosequencing in T cells and monocytes isolated from blood of adult males with low or high childhood-limited aggression (N=25) and who have been followed since childhood. We then examined whether the state of DNA methylation of SLC6A4 promoter in the blood is associated with in vivo measures of brain 5-HT synthesis by integrating previously obtained Positron emission tomography (PET) data from these participants. Lastly, a luciferase reporter construct was generated to test whether SLC6A4 promoter methylation plays a functional role in its transcriptional activity. Significantly higher levels of methylation in high childhood-limited physical aggression (C-LHPA) group were observed in both T cells and monocytes at specific CpG sites. In addition, greater mean methylation of significantly altered CpGs was associated with lower 5-HT synthesis in the left and right lateral orbitofrontal cortex (OBFC) in both cells (N = 20). Moreover, in vitro methylation of the SLC6A4 promoter dramatically suppressed gene expression suggesting that methylation plays a functional role in gene regulation. Taken all together, these novel findings imply that SLC6A4 is epigenetically modulated by DNA methylation and that DNA methylation is associated with in aggression level observed during childhood. The association between higher DNA methylation and lower brain 5-HT synthesis supports the relevance of using DNA methylation in peripheral white blood cells as a marker for human brain 5-HT function. If these results can be confirmed in a larger sample, the identification of such 5-HT biomarkers may be beneficial for the prediction, prevention and evaluation of treatment of psychiatric disorders with 5-HT involvement. / Le comportement agressif est un phénomène complexe qui survient souvent lors de la petite enfance et diminue typiquement avec l'âge. Des études ont montré qu'une agressivité sévère chez l'adulte est associée à une plus faible neurotransmission de sérotonine (5-HT). L'hypothèse de cette thèse est que les modifications de neurotransmission de 5-HT associées à l'agressivité infantile sont également dépendantes de mécanismes epigénétiques, notamment du niveau de méthylation des gènes critiques à la régulation de la neurotransmission de la 5-HT qui peut être mesuré dans les leucocytes périphériques. Le transporteur de la sérotonine (SLC6A4) a été choisi dans cette étude dû à son importance dans la régulation du niveau de 5-HT ainsi qu'au vu de données provenant d'analyses préliminaires de micropuces d'ADN génomique. Nous avons premièrement déterminé les niveaux de méthylation d'ADN du promoteur de SLC6A4 en utilisant la méthode de pyroséquençage dans des cellules T et des monocytes isolés à partir de sang prélevé chez des hommes adultes ayant présenté des niveaux d'agressivité faibles ou importants durant l'enfance (N=25). Nous avons ensuite examiné si les niveaux de méthylation d'ADN du promoteur de SLC6A4 mesurés dans les cellules sanguines sont corrélés aux niveaux de synthèse cérébrale de 5-HT mesurés in vivo par tomographie par émission de positrons (TEP) chez les mêmes participants. Enfin, nous avons évalué in vitro grâce à une technique utilisant le gène rapporteur luciférase si le niveau de méthylation du promoteur de SLC6A4 est directement impliqué dans la modulation de son niveau de transcription. Nous avons mesuré des niveaux de méthylation de CpG spécifiques de SLC6A4 significativement plus importants dans les cellules T ainsi que dans les monocytes du groupe d'hommes ayant présentés une forte agressivité durant l'enfance (C-LHPA) par rapport au groupe ayant présenté une faible agressivité durant l'enfance. De plus, nous avons montré que ces niveaux de méthylation importants sont associés à une synthèse réduite de 5-HT au sein des cortex orbitofrontaux latéraux (OBFC) gauche et droit (N = 20). De plus, nous avons mesuré in vitro que la méthylation du promoteur SLC6A4 réprime fortement son expression. Ces données suggèrent que le niveau d'expression de SLC6A4 est modulé épigénétiquement par la méthylation de l'ADN et que les niveaux de méthylation du gène corrèlent avec les niveaux d'agressivité observés durant l'enfance. L'association entre les niveaux de méthylation d'ADN et de synthèse cérébral de 5-HT renforce la pertinence d'utiliser les niveaux de méthylation d'ADN de leucocytes périphériques comme indicateur du niveau de neurotransmission de 5-HT cérébrale. Ces résultats demandent à être confirmés au sein d'une cohorte plus importante. Cependant, l'identification d'un tel marqueur biologique pourrait être utile à la prédiction, la prévention et l'évaluation de traitements de désordres psychiatriques associés à des problèmes de neurotransmission de 5-HT.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107671 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Wang, Dongsha |
| Contributors | Linda Booij (Internal/Cosupervisor2), Moshe Szyf (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Pharmacology & Therapeutics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0024 seconds