Overvinne hindringer i epigenetisk analyse av menneskelige tvillinger (Epitwin)

Kardiovaskulær sykdom (CVD) er den ledende dødsårsaken i USA, og legger vekt på en ufullstendig forståelse av dens patologi og oversettelse til effektive intervensjoner. Hypotesen om føtal opprinnelse antyder at risikoen for hjerte- og karsykdommer delvis er satt in utero. Individuelle forskjeller i epigenetisk DNA-metylering er en ledende kandidatmekanisme for å forklare sammenhengen mellom CVD-risiko og fostermiljøet. Faktisk har forskjeller i DNA-metylering vært implisert i patogenesen av CVD og dens risikofaktorer. Tidligere studier på rotter har karakterisert en spesifikk klasse av epigenetiske loci kjent som metastabile epialleller (ME). Metylering av DNA in utero kan være som svar på ikke-genetiske faktorer og graden av hypo- eller hypermetylering forblir stabil gjennom hele levetiden. Studier på mus har videre vist at metylering har dramatiske og permanente fenotypiske effekter. I nyere studier har over 100 humane ME blitt identifisert. Flere av disse lociene har vært assosiert med fenotyper relatert til CVD-risiko.

Etterforskere må nå bestemme de fenotypiske konsekvensene av interindividuell variasjon i DNA-metylering ved humane ME. Studier på innavlede mus har vært medvirkende til å vise at det er ikke-genetiske påvirkninger på etableringen av metylering ved ME. Tvillingstudier, typisk ved bruk av spytt eller perifere blodceller (PBC), har blitt brukt for å vurdere om individuell epigenetisk variasjon hos mennesker er påvirket av ikke-genetiske faktorer. Faktisk, ved å oversette epigenetiske funn fra mus til mennesker, blir monozygotiske (MZ; genetisk-identiske) tvillinger ofte sett på som den menneskelige ekvivalenten til isogene mus. Det er imidlertid en viktig forskjell mellom MZ-tvillinger og isogene mus. Mens hver innavlede musekull har sin egen morkake, deler omtrent 75 % av MZ-tvillinger en enkelt morkake (monokorionisitet) og har derfor blandet sirkulasjon under fosterutviklingen. Det er derfor viktig å avgjøre om den resulterende "krysspollineringen" av hematopoietiske stamceller (HSCs) resulterer i at perifert blod (og spytt) DNA fra to monokorioniske MZ-tvillinger er mer epigenetisk lik enn andre somatiske vev. Nøyaktig kvantifisering av epigenetiske effekter av perikonsepsjonell ernæring i tvillingstudier, og derved gi fremtidige intervensjonsmål for å redusere CVD-risiko hos avkom, vil sannsynligvis kreve analyser av DNA-metylering i annet vev enn spytt eller perifere blodceller.

Etterforskere må undersøke om Monozygotic:Dizygotic tvillingsammenlikninger, uten hensyn til placentadeling in utero (chorionicitet), er en passende modell for fremtidig arbeid som vil karakterisere ME loci og etablere deres assosiasjoner med fenotypiske konsekvenser. Spedbarnsalder er den ideelle tiden for å undersøke sammenhengen mellom MEs og CVD-faktorer, siden det gir den tidligste tiden for risikoprediksjon og intervensjon. Derfor planlegger etterforskere for denne studien å rekruttere 40 tvillingpar under 4 måneder for å identifisere lettere tilgjengelig vev for epigenetiske analyser enn hårsekker (som tidligere har blitt brukt som et alternativ til PBC eller spytt). Plukkingen av hårsekker fra spedbarn er for tyngende for deltakerne til å akkumulere de store prøvene som er beregnet på fremtidige analyser.

Sammendrag: Studier på rotter gir bevis for at mors ernæring rundt unnfangelsestidspunktet kan endre epigenetiske mekanismer som påvirker fedme, og fedme i seg selv er en sterk CVD-risikofaktor. Dette forholdet formidles av den tidlige embryonale metyleringen ved metastabile alleler. Etter identifisering av over 100 ME hos mennesker, hvorav mange er assosiert med fedme eller andre CVD-risikofaktorer, er etterforskere nå klare til å implementere studier for å undersøke om perikonsepsjonell ernæring påvirker CVD-risiko via metylering. Etterforskere søker å oversette dette arbeidet med ME til menneskelige populasjoner siden det antyder en viktig CVD-risiko. Videre ønsker etterforskere å fastslå viktigheten av korionitet som en faktor i epigenetiske analyser av MZ-tvillinger, og å validere et nytt vev for slike studier.

Mål 1: Validere negleklipp som en akseptabel DNA-kilde for studien for humane ME-er. Hypotese 1: Ved ME-er er DNA-metylering i spedbarnsnegleklipp (som enkelt kan samles opp) sterkt korrelert med det i hårsekker, urin og bukkalpinner.

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