Superando obstáculos na análise epigenética de gêmeos humanos (Epitwin)

A doença cardiovascular (DCV) é a principal causa de morte nos EUA, enfatizando uma compreensão incompleta de sua patologia e tradução em intervenções eficazes. A hipótese das origens fetais postula que o risco de DCV é parcialmente definido no útero. Diferenças individuais na metilação epigenética do DNA são um dos principais candidatos ao mecanismo para explicar a associação entre o risco de DCV e o ambiente fetal. De fato, diferenças na metilação do DNA têm sido implicadas na patogênese da DCV e seus fatores de risco. Estudos anteriores em ratos caracterizaram uma classe específica de loci epigenéticos conhecidos como epialelos metaestáveis ​​(MEs). A metilação do DNA no útero pode ocorrer em resposta a fatores não genéticos e o grau de hipo ou hipermetilação permanece estável ao longo da vida. Estudos em camundongos mostraram ainda que a metilação tem efeitos fenotípicos dramáticos e permanentes. Em estudos recentes, mais de 100 MEs humanos foram identificados. Vários desses loci foram associados a fenótipos relacionados ao risco de DCV.

Os investigadores agora precisam determinar as consequências fenotípicas da variação interindividual na metilação do DNA em MEs humanos. Estudos em camundongos endogâmicos têm sido fundamentais para mostrar que existem influências não genéticas no estabelecimento da metilação em MEs. Estudos com gêmeos, geralmente usando saliva ou células sanguíneas periféricas (PBCs), foram usados ​​para avaliar se a variação epigenética individual em humanos é influenciada por fatores não genéticos. De fato, ao traduzir descobertas epigenéticas de camundongos para humanos, gêmeos monozigóticos (MZ; geneticamente idênticos) são comumente vistos como o equivalente humano de camundongos isogênicos. No entanto, há uma diferença importante entre gêmeos MZ e camundongos isogênicos. Considerando que cada ninhada de camundongos endogâmicos tem sua própria placenta, cerca de 75% dos gêmeos MZ compartilham uma única placenta (monocorionicidade) e, portanto, têm circulação misturada durante o desenvolvimento fetal. Portanto, é essencial determinar se a "polinização cruzada" resultante das células-tronco hematopoiéticas (HSCs) resulta no DNA do sangue periférico (e salivar) de dois gêmeos MZ monocoriônicos sendo mais epigeneticamente semelhantes do que em outros tecidos somáticos. Quantificar com precisão os efeitos epigenéticos da nutrição periconcepcional em estudos com gêmeos e, assim, fornecer alvos de intervenção futura para reduzir o risco de DCV na prole provavelmente exigirá análises de metilação do DNA em outros tecidos além da saliva ou células sanguíneas periféricas.

Os investigadores precisam examinar se as comparações de gêmeos monozigóticos:dizigóticos, sem considerar o compartilhamento placentário no útero (corionicidade), são um modelo adequado para trabalhos futuros que caracterizarão loci ME e estabelecerão suas associações com consequências fenotípicas. A primeira infância é o momento ideal para examinar a associação entre MEs e fatores de DCV, uma vez que fornece o momento mais precoce para previsão e intervenção de risco. Portanto, para este estudo, os investigadores planejam recrutar 40 pares de gêmeos com menos de 4 meses de idade para identificar tecidos mais facilmente disponíveis para análises epigenéticas do que folículos pilosos (que foram usados ​​anteriormente como uma alternativa aos PBCs ou saliva). A extração de folículos pilosos de bebês é muito onerosa para os participantes para acumular as grandes amostras destinadas a análises futuras.

Resumo: Estudos em ratos fornecem evidências de que a nutrição materna na época da concepção pode alterar os mecanismos epigenéticos que afetam a obesidade, e a própria obesidade é um forte fator de risco de DCV. Esta relação é mediada pela metilação embrionária precoce em alelos metaestáveis. Após a identificação de mais de 100 MEs em humanos, muitos dos quais associados à obesidade ou a outros fatores de risco de DCV, os pesquisadores agora estão prontos para implementar estudos para examinar se a nutrição periconcepcional influencia o risco de DCV via metilação. Os investigadores procuram traduzir este trabalho em MEs em populações humanas, uma vez que sugere um importante risco de DCV. Além disso, os investigadores querem estabelecer a importância da corionicidade como um fator nas análises epigenéticas de gêmeos MZ e validar um novo tecido para tais estudos.

Objetivo 1: Validar recortes de unhas como uma fonte de DNA aceitável para o estudo de MEs humanos Hipótese 1: Em MEs, a metilação do DNA em recortes de unhas infantis (que podem ser facilmente coletados) está altamente correlacionada com a dos folículos pilosos, urina e zaragatoas bucais.

Objetivo 2: Comparar a discordância epigenética em MEs em gêmeos MZ monocoriônicos vs. dicoriônicos Hipótese 2: Em MEs, pares de gêmeos MZ dicoriônicos (com placentas separadas) mostrarão maior dissimilaridade epigenética em PBCs do que pares de gêmeos MZ monocoriônicos (que compartilham uma placenta), mas não em outros tecidos.