Obstakels overwinnen bij epigenetische analyse van menselijke tweelingen (Epitwin)

Hart- en vaatziekten (HVZ) zijn de belangrijkste doodsoorzaak in de VS, wat de nadruk legt op een onvolledig begrip van de pathologie en vertaling in effectieve interventies. De foetale oorsprongshypothese stelt dat het risico op hart- en vaatziekten gedeeltelijk in de baarmoeder ligt. Individuele verschillen in epigenetische DNA-methylatie zijn een leidend kandidaat-mechanisme om de associatie tussen CVD-risico en de foetale omgeving te verklaren. Verschillen in DNA-methylatie zijn inderdaad betrokken bij de pathogenese van hart- en vaatziekten en de risicofactoren ervan. Eerdere studies bij ratten karakteriseerden een specifieke klasse van epigenetische loci die bekend staat als metastabiele epiallelen (ME's). Methylering van DNA in utero kan een reactie zijn op niet-genetische factoren en de mate van hypo- of hypermethylering blijft gedurende het hele leven stabiel. Studies bij muizen hebben verder aangetoond dat methylering dramatische en permanente fenotypische effecten heeft. In recente studies zijn meer dan 100 menselijke ME's geïdentificeerd. Verschillende van deze loci zijn in verband gebracht met fenotypes gerelateerd aan CVD-risico.

Onderzoekers moeten nu de fenotypische gevolgen van interindividuele variatie in DNA-methylatie bij menselijke ME's bepalen. Studies bij inteeltmuizen hebben een belangrijke rol gespeeld bij het aantonen dat er niet-genetische invloeden zijn op de totstandkoming van methylering bij ME's. Tweelingstudies, meestal met behulp van speeksel of perifere bloedcellen (PBC's), zijn gebruikt om te beoordelen of individuele epigenetische variatie bij mensen wordt beïnvloed door niet-genetische factoren. Inderdaad, bij het vertalen van epigenetische bevindingen van muizen naar mensen, worden monozygote (MZ; genetisch identieke) tweelingen vaak gezien als het menselijke equivalent van isogene muizen. Er is echter een belangrijk verschil tussen MZ-tweelingen en isogene muizen. Terwijl elke nestgenoot van ingeteelde muizen zijn eigen placenta heeft, deelt ongeveer 75% van de MZ-tweelingen een enkele placenta (monochorioniciteit) en hebben daarom een ​​vermengde bloedsomloop tijdens de ontwikkeling van de foetus. Het is daarom essentieel om te bepalen of de resulterende "kruisbestuiving" van hematopoietische stamcellen (HSC's) ertoe leidt dat perifeer bloed (en speeksel) DNA van twee monochoriale MZ-tweelingen meer epigenetisch vergelijkbaar is dan dat van andere somatische weefsels. Om de epigenetische effecten van periconceptionele voeding nauwkeurig te kwantificeren in tweelingstudies, en daarmee toekomstige interventiedoelen te bieden om het risico op hart- en vaatziekten bij nakomelingen te verminderen, zijn waarschijnlijk analyses nodig van DNA-methylatie in andere weefsels dan speeksel of perifere bloedcellen.

Onderzoekers moeten onderzoeken of monozygote:dizygote tweelingvergelijkingen, zonder rekening te houden met het delen van placenta in utero (chorioniciteit), een geschikt model zijn voor toekomstig werk dat ME-loci zal karakteriseren en hun associaties met fenotypische gevolgen zal vaststellen. De kindertijd is de ideale tijd om de associatie tussen ME's en CVD-factoren te onderzoeken, aangezien het de vroegste tijd is voor risicovoorspelling en interventie. Daarom zijn de onderzoekers van plan om voor deze studie 40 tweelingparen jonger dan 4 maanden te rekruteren om gemakkelijker beschikbare weefsels te identificeren voor epigenetische analyses dan haarzakjes (die eerder werden gebruikt als alternatief voor PBC's of speeksel). Het plukken van haarzakjes van baby's is te belastend voor deelnemers om de grote monsters te verzamelen die bedoeld zijn voor toekomstige analyses.

Samenvatting: Studies bij ratten leveren bewijs dat voeding van de moeder rond de conceptie epigenetische mechanismen kan veranderen die van invloed zijn op obesitas, en obesitas zelf is een sterke risicofactor voor hart- en vaatziekten. Deze relatie wordt gemedieerd door de vroege embryonale methylering bij metastabiele allelen. Na de identificatie van meer dan 100 ME's bij mensen, waarvan vele geassocieerd zijn met obesitas of andere CVD-risicofactoren, zijn de onderzoekers nu klaar om studies uit te voeren om te onderzoeken of periconceptionele voeding het CVD-risico beïnvloedt via methylatie. Onderzoekers proberen dit werk over ME's te vertalen naar menselijke populaties, aangezien het een belangrijk CVD-risico suggereert. Verder willen onderzoekers het belang van chorioniciteit als een factor in epigenetische analyses van MZ-tweelingen vaststellen en een nieuw weefsel voor dergelijke studies valideren.

Doel 1: Valideer nagelknipsels als een aanvaardbare DNA-bron voor de studie voor menselijke ME's Hypothese 1: Bij ME's is DNA-methylatie in nagelknipsels van baby's (die gemakkelijk verzameld kunnen worden) sterk gecorreleerd met die in haarzakjes, urine en buccale uitstrijkjes.

Doel 2: Vergelijk epigenetische discordantie bij ME's in monochoriale vs. dichorionische MZ-tweelingen Hypothese 2: Bij ME's zullen dichorionische MZ-tweelingparen (met gescheiden placenta's) een grotere epigenetische ongelijkheid vertonen in PBC's dan monochoriale MZ-tweelingparen (die een placenta delen), maar niet in andere weefsels.