Superare gli ostacoli nell'analisi epigenetica dei gemelli umani (Epitwin)

Le malattie cardiovascolari (CVD) sono la principale causa di morte negli Stati Uniti, sottolineando una comprensione incompleta della sua patologia e la traduzione in interventi efficaci. L'ipotesi delle origini fetali postula che il rischio di CVD sia parzialmente stabilito in utero. Le differenze individuali nella metilazione del DNA epigenetico sono un meccanismo candidato principale per spiegare l'associazione tra rischio CVD e ambiente fetale. In effetti, le differenze nella metilazione del DNA sono state implicate nella patogenesi della CVD e dei suoi fattori di rischio. Precedenti studi sui ratti hanno caratterizzato una classe specifica di loci epigenetici noti come epialleli metastabili (ME). La metilazione del DNA in utero può essere una risposta a fattori non genetici e il grado di ipo- o iper-metilazione rimane stabile per tutta la durata della vita. Studi sui topi hanno inoltre dimostrato che la metilazione ha effetti fenotipici drammatici e permanenti. In studi recenti sono stati identificati oltre 100 ME umani. Molti di questi loci sono stati associati a fenotipi correlati al rischio CVD.

Gli investigatori ora devono determinare le conseguenze fenotipiche della variazione interindividuale nella metilazione del DNA nei ME umani. Gli studi sui topi inbred sono stati determinanti nel dimostrare che ci sono influenze non genetiche sull'instaurazione della metilazione nei ME. Gli studi sui gemelli, in genere utilizzando la saliva o le cellule del sangue periferico (PBC), sono stati utilizzati per valutare se la variazione epigenetica individuale negli esseri umani è influenzata da fattori non genetici. In effetti, nel tradurre i risultati epigenetici dai topi agli umani, i gemelli monozigoti (MZ; geneticamente identici) sono comunemente visti come l'equivalente umano dei topi isogenici. Tuttavia, esiste un'importante differenza tra i gemelli MZ e i topi isogenici. Mentre ogni cucciolata di topi consanguinei ha la propria placenta, circa il 75% dei gemelli MZ condivide una singola placenta (monocorialità) e quindi ha una circolazione mescolata durante lo sviluppo fetale. È quindi essenziale determinare se la risultante "impollinazione incrociata" delle cellule staminali ematopoietiche (HSC) si traduca in un DNA del sangue periferico (e salivare) di due gemelli MZ monocoriali più simile epigeneticamente di quello di altri tessuti somatici. Quantificare con precisione gli effetti epigenetici della nutrizione periconcezionale negli studi sui gemelli, e quindi fornire obiettivi di intervento futuri per ridurre il rischio di CVD nella prole, richiederà probabilmente analisi della metilazione del DNA in tessuti diversi dalla saliva o dalle cellule del sangue periferico.

Gli investigatori devono esaminare se i confronti monozigoti: gemelli dizigoti, indipendentemente dalla condivisione placentare in utero (corionicità), siano un modello adatto per il lavoro futuro che caratterizzerà i loci ME e stabilirà le loro associazioni con conseguenze fenotipiche. L'infanzia è il momento ideale per esaminare l'associazione tra ME e fattori CVD, poiché fornisce il primo momento per la previsione e l'intervento del rischio. Pertanto, per questo studio i ricercatori hanno in programma di reclutare 40 coppie di gemelli di età inferiore a 4 mesi per identificare tessuti più facilmente disponibili per le analisi epigenetiche rispetto ai follicoli piliferi (che sono stati precedentemente utilizzati come alternativa ai PBC o alla saliva). Il prelievo dei follicoli piliferi dai neonati è troppo gravoso per i partecipanti per accumulare i grandi campioni destinati alle analisi future.

Riepilogo: gli studi sui ratti forniscono la prova che l'alimentazione materna nel periodo del concepimento può alterare i meccanismi epigenetici che influenzano l'obesità e l'obesità stessa è un forte fattore di rischio CVD. Questa relazione è mediata dalla metilazione embrionale precoce agli alleli metastabili. Dopo l'identificazione di oltre 100 ME negli esseri umani, molti dei quali sono associati all'obesità o ad altri fattori di rischio di CVD, i ricercatori sono ora pronti a implementare studi per esaminare se la nutrizione periconcezionale influenza il rischio di CVD attraverso la metilazione. Gli investigatori cercano di tradurre questo lavoro sulle ME nelle popolazioni umane poiché suggerisce un importante rischio CVD. Inoltre, i ricercatori vogliono stabilire l'importanza della corionicità come fattore nelle analisi epigenetiche dei gemelli MZ e convalidare un nuovo tessuto per tali studi.

Obiettivo 1: convalidare i ritagli di unghie come una fonte di DNA accettabile per lo studio dei ME umani Ipotesi 1: nei ME, la metilazione del DNA nei ritagli di unghie dei neonati (che possono essere facilmente raccolti) è altamente correlata con quella nei follicoli piliferi, nelle urine e nei tamponi buccali.

Obiettivo 2: confrontare la discordanza epigenetica ai ME nei gemelli MZ monocoriali rispetto ai gemelli MZ dicoriali Ipotesi 2: ai ME, le coppie di gemelli MZ dicoriali (con placente separate) mostreranno una maggiore dissomiglianza epigenetica nei PBC rispetto alle coppie di gemelli MZ monocoriali (che condividono una placenta), ma non in altri tessuti.