Overvindelse af hindringer i epigenetisk analyse af menneskelige tvillinger (Epitwin)

Kardiovaskulær sygdom (CVD) er den førende dødsårsag i USA, hvilket understreger en ufuldstændig forståelse af dens patologi og oversættelse til effektive indgreb. Hypotesen om føtal oprindelse hævder, at risikoen for CVD delvist er sat in utero. Individuelle forskelle i epigenetisk DNA-methylering er en førende kandidatmekanisme til at forklare sammenhængen mellem CVD-risiko og fostermiljøet. Faktisk er forskelle i DNA-methylering blevet impliceret i patogenesen af ​​CVD og dets risikofaktorer. Tidligere undersøgelser på rotter har karakteriseret en specifik klasse af epigenetiske loci kendt som metastabile epialleller (ME'er). Methylering af DNA in utero kan være som reaktion på ikke-genetiske faktorer, og graden af ​​hypo- eller hypermethylering forbliver stabil gennem hele levetiden. Undersøgelser i mus har yderligere vist, at methylering har dramatiske og permanente fænotypiske virkninger. I nyere undersøgelser er over 100 humane ME'er blevet identificeret. Flere af disse loci er blevet forbundet med fænotyper relateret til CVD-risiko.

Efterforskere skal nu bestemme de fænotypiske konsekvenser af interindividuel variation i DNA-methylering ved humane ME'er. Undersøgelser i indavlede mus har været medvirkende til at vise, at der er ikke-genetiske påvirkninger på etableringen af ​​methylering ved ME'er. Tvillingundersøgelser, typisk med spyt eller perifere blodceller (PBC'er), er blevet brugt til at vurdere, om individuel epigenetisk variation hos mennesker er påvirket af ikke-genetiske faktorer. Faktisk, når man oversætter epigenetiske fund fra mus til mennesker, betragtes monozygotiske (MZ; genetisk-identiske) tvillinger almindeligvis som den menneskelige ækvivalent til isogene mus. Der er dog en vigtig forskel mellem MZ-tvillinger og isogene mus. Mens hver indavlede musekuldskammerat har sin egen moderkage, deler omkring 75 % af MZ-tvillinger en enkelt placenta (monokorionicitet) og har derfor blandet cirkulation under fosterudviklingen. Det er derfor vigtigt at bestemme, om den resulterende "krydsbestøvning" af hæmatopoietiske stamceller (HSC'er) resulterer i, at perifert blod (og spyt) DNA fra to monokorioniske MZ-tvillinger er mere epigenetisk ens end andre somatiske vævs. Nøjagtig kvantificering af epigenetiske effekter af perikonceptionel ernæring i tvillingeundersøgelser og derved tilvejebringelse af fremtidige interventionsmål for at reducere CVD-risikoen hos afkom, vil sandsynligvis kræve analyser af DNA-methylering i andre væv end spyt eller perifere blodceller.

Efterforskere er nødt til at undersøge, om Monozygotic:Dizygotic tvillingesammenligninger, uden hensyntagen til placentadeling in utero (chorionicitet), er en passende model for fremtidigt arbejde, som vil karakterisere ME loci og etablere deres associationer med fænotypiske konsekvenser. Spædbarn er det ideelle tidspunkt at undersøge sammenhængen mellem ME'er og CVD-faktorer, da det giver det tidligste tidspunkt for risikoforudsigelse og intervention. Derfor planlægger efterforskerne til denne undersøgelse at rekruttere 40 tvillingepar under 4 måneder for at identificere lettere tilgængelige væv til epigenetiske analyser end hårsækkene (som tidligere er blevet brugt som et alternativ til PBC'er eller spyt). Plukningen af ​​hårsække fra spædbørn er for byrdefuld for deltagerne til at akkumulere de store prøver, der er beregnet til fremtidige analyser.

Sammenfatning: Undersøgelser i rotter giver bevis for, at moderens ernæring omkring undfangelsestidspunktet kan ændre epigenetiske mekanismer, der påvirker fedme, og fedme i sig selv er en stærk CVD-risikofaktor. Dette forhold er medieret af den tidlige embryonale methylering ved metastabile alleler. Efter identifikation af over 100 ME'er hos mennesker, hvoraf mange er forbundet med fedme eller andre CVD-risikofaktorer, er efterforskerne nu klar til at implementere undersøgelser for at undersøge, om perikonceptionel ernæring påvirker CVD-risikoen via methylering. Efterforskere søger at oversætte dette arbejde om ME'er til menneskelige populationer, da det antyder en vigtig CVD-risiko. Yderligere ønsker efterforskere at fastslå vigtigheden af ​​chorionicitet som en faktor i epigenetiske analyser af MZ-tvillinger og at validere et nyt væv til sådanne undersøgelser.

Mål 1: Validere negleklip som en acceptabel DNA-kilde for undersøgelsen for human ME'er. Hypotese 1: Ved ME'er er DNA-methylering i spædbørns negleklip (som nemt kan opsamles) i høj grad korreleret med den i hårsække, urin og bukkalpodninger.

Mål 2: Sammenlign epigenetisk uoverensstemmelse ved ME'er i monokorioniske vs. dichorioniske MZ-tvillinger Hypotese 2: Ved ME'er vil dikorioniske MZ-tvillingpar (med separate placentae) vise større epigenetisk ulighed i PBC'er end monokorioniske MZ-tvillinger (som deler en placenta), ikke i andre væv.