Pokonywanie przeszkód w analizie epigenetycznej ludzkich bliźniąt (Epitwin)

Choroba sercowo-naczyniowa (CVD) jest główną przyczyną zgonów w USA, co podkreśla niepełne zrozumienie jej patologii i przełożenie na skuteczne interwencje. Hipoteza pochodzenia płodowego zakłada, że ​​ryzyko CVD jest częściowo ustalone w życiu płodowym. Indywidualne różnice w metylacji epigenetycznego DNA są głównym kandydatem do wyjaśnienia związku między ryzykiem CVD a środowiskiem płodowym. Rzeczywiście, różnice w metylacji DNA są zaangażowane w patogenezę CVD i jej czynników ryzyka. Wcześniejsze badania na szczurach charakteryzowały specyficzną klasę loci epigenetycznych znanych jako metastabilne epiallele (ME). Metylacja DNA in utero może być odpowiedzią na czynniki niegenetyczne, a stopień hipo- lub hipermetylacji pozostaje stały przez całe życie. Badania na myszach wykazały ponadto, że metylacja ma dramatyczne i trwałe efekty fenotypowe. W ostatnich badaniach zidentyfikowano ponad 100 ludzkich ME. Kilka z tych loci powiązano z fenotypami związanymi z ryzykiem CVD.

Badacze muszą teraz określić fenotypowe konsekwencje międzyosobniczej zmienności metylacji DNA w ludzkich ME. Badania na myszach wsobnych odegrały zasadniczą rolę w wykazaniu, że istnieją niegenetyczne wpływy na ustalenie metylacji w ME. Badania bliźniacze, zwykle z użyciem śliny lub komórek krwi obwodowej (PBC), zostały wykorzystane do oceny, czy na indywidualną zmienność epigenetyczną u ludzi mają wpływ czynniki niegenetyczne. Rzeczywiście, przy tłumaczeniu odkryć epigenetycznych z myszy na ludzi, bliźnięta monozygotyczne (MZ; genetycznie identyczne) są powszechnie postrzegane jako ludzki odpowiednik myszy izogenicznych. Istnieje jednak istotna różnica między bliźniakami MZ a myszami izogenicznymi. Podczas gdy każda wsobna mysz z miotu ma swoje własne łożysko, około 75% bliźniąt MZ ma jedno łożysko (jednokosmówkowe), a zatem ich krążenie jest mieszane podczas rozwoju płodu. Dlatego konieczne jest ustalenie, czy powstałe „zapylenie krzyżowe” hematopoetycznych komórek macierzystych (HSC) powoduje, że DNA krwi obwodowej (i śliny) dwóch jednokosmówkowych bliźniąt MZ jest bardziej podobne epigenetycznie niż inne tkanki somatyczne. Dokładne określenie ilościowe efektów epigenetycznych odżywiania okołokoncepcyjnego w badaniach bliźniąt, a tym samym zapewnienie przyszłych celów interwencji w celu zmniejszenia ryzyka CVD u potomstwa, będzie prawdopodobnie wymagać analiz metylacji DNA w tkankach innych niż ślina lub komórki krwi obwodowej.

Badacze muszą zbadać, czy porównania bliźniąt monozygotycznych: dwuzygotycznych, bez względu na współdzielenie łożyska w macicy (kosmówki), są odpowiednim modelem do przyszłych prac, które będą charakteryzować loci ME i ustalać ich powiązania z konsekwencjami fenotypowymi. Dzieciństwo to idealny czas na zbadanie związku między ME a czynnikami CVD, ponieważ zapewnia najwcześniejszy czas na przewidywanie ryzyka i interwencję. Dlatego do tego badania badacze planują rekrutację 40 par bliźniaków w wieku poniżej 4 miesięcy, aby zidentyfikować łatwiej dostępne tkanki do analiz epigenetycznych niż mieszki włosowe (które były wcześniej stosowane jako alternatywa dla PBC lub śliny). Wyrywanie mieszków włosowych niemowląt jest zbyt uciążliwe dla uczestników, aby zgromadzić duże próbki przeznaczone do przyszłych analiz.

Streszczenie: Badania na szczurach dostarczają dowodów na to, że żywienie matki w okresie poczęcia może zmieniać mechanizmy epigenetyczne wpływające na otyłość, a sama otyłość jest silnym czynnikiem ryzyka CVD. W tym związku pośredniczy wczesna embrionalna metylacja w metastabilnych allelach. Po zidentyfikowaniu ponad 100 ME u ludzi, z których wiele jest związanych z otyłością lub innymi czynnikami ryzyka CVD, badacze są teraz gotowi do wdrożenia badań w celu zbadania, czy żywienie okołokoncepcyjne wpływa na ryzyko CVD poprzez metylację. Badacze starają się przełożyć tę pracę dotyczącą ME na populacje ludzkie, ponieważ sugeruje to istotne ryzyko CVD. Ponadto badacze chcą ustalić znaczenie kosmówkowości jako czynnika w analizach epigenetycznych bliźniąt MZ i zweryfikować nową tkankę do takich badań.

Cel 1: Zatwierdzenie wycinków paznokci jako akceptowalnego źródła DNA do badania ludzkich ME Hipoteza 1: W przypadku ME metylacja DNA w wycinkach paznokci niemowląt (które można łatwo pobrać) jest silnie skorelowana z metylacją w mieszkach włosowych, moczu i wymazach z jamy ustnej.

Cel 2: Porównanie niezgodności epigenetycznej w ME u bliźniąt jednokosmówkowych i dwukosmówkowych MZ Hipoteza 2: W ME, pary bliźniąt dwukosmówkowych MZ (z oddzielnymi łożyskami) będą wykazywać większą odmienność epigenetyczną w PBC niż pary bliźniąt jednokosmówkowych MZ (które mają wspólne łożysko), ale nie w innych tkankach.