Epigenomische und metabolomische Signaturen des APOA2-Gens durch Interaktion mit gesättigten Fetten

Hintergrund: Apolipoprotein A-II (APOA2) ist ein wesentlicher Bestandteil von High-Density-Lipoproteinen (HDL) mit einer undefinierten biologischen Rolle. Eine mutmaßliche funktionelle Variante, -265 T>C (rs5082) innerhalb des APOA2-Promotors, interagiert beständig mit der Aufnahme von gesättigten Fettsäuren (SFA), um das Risiko von Fettleibigkeit zu beeinflussen.

Ziel: Diese Studie wird einen integrativen Ansatz implementieren, um die molekularen Grundlagen dieser Wechselwirkung zu charakterisieren.

Design: Die Forscher werden einen epigenomweiten Scan an 80 Teilnehmern durchführen, die entweder den weniger häufigen Genotyp (CC) oder den häufigsten Genotyp (TT) von rs5082 tragen und entweder einen niedrigen (<22 g/Tag) oder einen hohen (≥22 g /d) SFA-Diät, abgestimmt auf Alter, Geschlecht, BMI und Diabetesstatus in der Boston Puerto Rican Health Study (BPRHS). Anschließend validieren die Forscher die Ergebnisse bei ausgewählten Teilnehmern des Genetics of Lipid Lowering Drugs and Diet Network (GOLDN) (n=379) und der Framingham Heart Study (FHS) (n=243). Transkriptions- und Metabolomikanalysen werden durchgeführt, um die Beziehung zwischen epigenetischem Status, APOA2-mRNA-Expression und Blutmetaboliten zu bestimmen.

Datenquellen. Die Boston Puerto Rican Health Study (BPRHS), das Genetics of Lipid Lowering Drugs and Diet Network (GOLDN) und die Framingham Heart Study (FHS) Studienauswahl: In BPRHS wurden 40 Teilnehmer mit CC-Genotyp bei APOA2 -265T>C (rs5082 ) ausgewählt, wobei 20 eine niedrige SFA-Aufnahme (<22 g/d) und 20 eine hohe SFA-Aufnahme (≥22 g/d) melden. Durch Abgleich von Alter, Geschlecht, SFA-Einnahme, Typ-2-Diabetes-Status und BMI für die 40 Teilnehmer mit CC-Genotyp wird die zweite Gruppe von 40 Teilnehmern mit TT-Genotyp APOA2-265T>C aus derselben Population ausgewählt. In GOLDN werden 107 Teilnehmer mit CC-Genotyp und 272 mit TT-Genotyp für APOA2 -265T>C, die keine Medikamente gegen Bluthochdruck, Dyslipidämie oder Diabetes einnahmen, ausgewählt, um die Ergebnisse von BPRHS zu validieren. In FHS werden die Ermittler 73 nicht verwandte Teilnehmer mit CC-Genotyp und 170 mit TT-Genotyp bei APOA2 -265T>C einschließen, die keine Medikamente gegen Bluthochdruck, Dyslipidämie oder Diabetes eingenommen haben. Die Teilnehmer jedes Genotyps werden basierend auf der SFA-Aufnahme weiter in zwei Untergruppen unterteilt: niedrig, <22 Gramm/Tag, hoch, ≥22 Gramm/Tag.

Datenextraktion. Die genomweite DNA-Methylierung isolierter DNA-Proben in BPRHS und GOLDN wurde mit Illumina Infinium® Human Methylation 450K Arrays (Illumina, San Diego, CA, USA) quantifiziert. Das Methylierungssignal an jeder Methylierungsstelle wird als β-Score, der Anteil des gesamten methylierungsspezifischen Signals und der Detektions-P-Wert als die Wahrscheinlichkeit geschätzt, dass die Gesamtintensität für eine bestimmte Sonde nach Normalisierung und Quantität in die Hintergrundsignalintensität fällt Kontrollprüfung. FHS-Methylomdaten von dbGaP, Zugangsnummer: phg000492.v2, wo der Methylierungsstatus von 2.741 Teilnehmern in Proben gemessen wurde, die von Teilnehmern genommen wurden, die zwischen 2005 und 2008 an ihrem Prüfungsbesuch 8 teilnahmen, wobei ein Illumina Infinium® Human Methylation 450K Array verwendet wurde. Methylierungssignale werden wie für BPRHS und GOLDN verarbeitet und normalisiert. Die Forscher erhalten FHS-Transkriptomdaten von dbGaP unter der Zugangsnummer phe00002.v6. Metabolisches Profiling von Plasmaproben von jenen 80 BPRHS-Teilnehmern, für die die Methylomanalyse von Metabolon, Inc. (Durham, NC, USA) durchgeführt wird. Ergebnisse: Body-Mass-Index wird das einzige Ergebnis sein. Datensynthese. (1) Eine epigenomweite Analyse des APOA2-Genotyps nach hoher und niedriger SFA-Aufnahme wird an 80 abgeglichenen Fall-/Kontrollteilnehmern von BPRHS durchgeführt, die bei ausgewählten Teilnehmern von GOLDN und FHS unter Verwendung linearer gemischter Modelle repliziert wird. (2) Eine Meta-Analyse der Ergebnisse aus den drei Populationen wird unter Verwendung des meta R-Pakets durchgeführt. Der Vergleich der allelischen Wirkung (beta) von APOA2 -265T>C aus der Meta-Analyse zwischen niedriger und hoher SFA-Aufnahme wird erfolgen durchgeführt mit SAS 9.4 unter Verwendung eines t-Tests. (3) Assoziationen zwischen epigenetischen Varianten und APOA2-Genotypen mit APOA2-mRNA-Expression werden in FHS getestet. (4) Die Metabolomanalyse wird an denselben 80 übereinstimmenden Fall-/Kontrollteilnehmern von BPRHS durchgeführt, und Metaboliten werden mit epigenetischen Varianten am APOA2-Locus korreliert. (5) Angereicherte Stoffwechselwege werden in Bezug auf identifizierte epigenetische Varianten in der APOA2-Region untersucht.

Wissensübersetzungsplan: Die Ergebnisse werden durch interaktive Präsentationen auf lokalen, nationalen und internationalen wissenschaftlichen Tagungen und Veröffentlichung in Zeitschriften mit hohem Impact-Faktor verbreitet. Zu den Zielgruppen gehören das öffentliche Gesundheitswesen und wissenschaftliche Gemeinschaften mit Interesse an Ernährung, Diabetes, Fettleibigkeit und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das Feedback wird aufgenommen und verwendet, um die öffentliche Gesundheitsbotschaft zu verbessern, und es werden Schlüsselbereiche für zukünftige Forschung definiert. Entscheidungsträger von Antragstellern/Mitantragstellern vernetzen sich mit Meinungsführern, um das Bewusstsein zu schärfen, und beteiligen sich direkt als Ausschussmitglieder an der Entwicklung zukünftiger Leitlinien.

Vorläufige Ergebnisse: Bei BPRHS identifizierten die Forscher die Methylierungsstelle cg04436964 als signifikante Unterschiede zwischen CC- und TT-Teilnehmern, die eine hohe SFA-Diät zu sich nahmen, aber nicht zu denen, die wenig SFA zu sich nahmen. Ähnliche Ergebnisse wurden bei GOLDN und FHS beobachtet. Darüber hinaus korrelierte bei FHS die cg04436964-Methylierung negativ mit der APOA2-Expression bei Teilnehmern, die eine Ernährung mit hohem SFA-Gehalt einnahmen. Darüber hinaus hatten CC-Träger beim Verzehr einer Diät mit hohem SFA-Gehalt eine geringere APOA2-Expression im Vergleich zu denen mit dem TT-Genotyp, aber die Expressionsniveaus waren ähnlich, wenn sie eine Diät mit niedrigem SFA-Gehalt einnahmen. Schließlich identifizierte die Metabolomanalyse vier Wege, die durch Metabolitenunterschiede zwischen CC- und TT-Genotypen mit hoher SFA-Aufnahme überrepräsentiert sind.

Bedeutung: Die Forscher werden Multi-Omics-Ansätze anwenden, um die mechanistischen Grundlagen des APOA2-265T>C-Genotyps durch SFA-Interaktion im Zusammenhang mit dem störenden Zustand der Fettleibigkeit zu untersuchen. Die Ermittler können eine plausible Dysregulation mehrerer Stoffwechselwege aufdecken. Diese Studie wird die Wirksamkeit multipler Omics-Ansätze für gut etablierte Wechselwirkungen zwischen Genen und Ernährung veranschaulichen und neue Erkenntnisse zu laufenden Untersuchungen der Auswirkungen von gesättigten Fettsäuren auf die menschliche Gesundheit beitragen.