Преодоление препятствий в эпигенетическом анализе человеческих близнецов (Epitwin)

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются ведущей причиной смерти в США, что подчеркивает неполное понимание их патологии и перевода в эффективные вмешательства. Гипотеза фетального происхождения утверждает, что риск сердечно-сосудистых заболеваний частично устанавливается внутриутробно. Индивидуальные различия в эпигенетическом метилировании ДНК являются ведущим механизмом-кандидатом для объяснения связи между риском сердечно-сосудистых заболеваний и средой плода. Действительно, различия в метилировании ДНК связаны с патогенезом ССЗ и его факторами риска. Предыдущие исследования на крысах характеризовали особый класс эпигенетических локусов, известных как метастабильные эпиаллели (МЭ). Метилирование ДНК внутриутробно может быть ответом на негенетические факторы, а степень гипо- или гиперметилирования остается стабильной на протяжении всей жизни. Исследования на мышах также показали, что метилирование имеет драматические и постоянные фенотипические эффекты. В недавних исследованиях было идентифицировано более 100 МЭ человека. Некоторые из этих локусов были связаны с фенотипами, связанными с риском сердечно-сосудистых заболеваний.

Теперь исследователям необходимо определить фенотипические последствия межиндивидуальной вариации метилирования ДНК в ME человека. Исследования на инбредных мышах сыграли важную роль в демонстрации того, что существуют негенетические влияния на установление метилирования в ME. Исследования близнецов, обычно с использованием слюны или клеток периферической крови (КПК), использовались для оценки того, влияют ли на индивидуальные эпигенетические вариации у людей негенетические факторы. Действительно, при переносе эпигенетических данных с мышей на людей монозиготные (MZ; генетически идентичные) близнецы обычно рассматриваются как человеческий эквивалент изогенных мышей. Однако существует важное различие между близнецами MZ и изогенными мышами. В то время как каждый инбредный однопометник мыши имеет свою собственную плаценту, около 75% близнецов MZ имеют одну плаценту (монохориальность) и, следовательно, имеют смешанное кровообращение во время развития плода. Поэтому важно определить, приводит ли результирующее «перекрестное опыление» гемопоэтических стволовых клеток (HSCs) к ДНК периферической крови (и слюны) двух монохориальных близнецов MZ, более эпигенетически сходной, чем ДНК других соматических тканей. Точная количественная оценка эпигенетических эффектов питания в период до зачатия в исследованиях близнецов и, таким образом, определение целей будущих вмешательств для снижения риска сердечно-сосудистых заболеваний у потомства, вероятно, потребует анализа метилирования ДНК в тканях, отличных от слюны или клеток периферической крови.

Исследователям необходимо изучить, являются ли сравнения монозиготных и дизиготных близнецов, без учета разделения плаценты в утробе матери (хориальность), подходящей моделью для будущей работы, которая будет характеризовать МЕ локусы и устанавливать их ассоциации с фенотипическими последствиями. Младенчество — идеальное время для изучения связи между ME и факторами сердечно-сосудистых заболеваний, поскольку оно обеспечивает самое раннее время для прогнозирования риска и вмешательства. Таким образом, для этого исследования исследователи планируют набрать 40 пар близнецов в возрасте до 4 месяцев, чтобы идентифицировать более доступные ткани для эпигенетического анализа, чем волосяные фолликулы (которые ранее использовались в качестве альтернативы ПБЦ или слюне). Вырывание волосяных фолликулов у младенцев слишком обременительно для участников, чтобы собрать большие образцы, предназначенные для будущих анализов.

Резюме: Исследования на крысах свидетельствуют о том, что питание матери во время зачатия может изменить эпигенетические механизмы, влияющие на ожирение, а ожирение само по себе является сильным фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний. Эта связь опосредуется ранним эмбриональным метилированием метастабильных аллелей. После выявления более 100 МЭ у людей, многие из которых связаны с ожирением или другими факторами риска сердечно-сосудистых заболеваний, исследователи теперь готовы провести исследования, чтобы выяснить, влияет ли питание в период до зачатия на риск сердечно-сосудистых заболеваний посредством метилирования. Исследователи стремятся перенести эту работу по ME на человеческую популяцию, поскольку она предполагает значительный риск сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, исследователи хотят установить важность хорионичности как фактора эпигенетического анализа близнецов MZ и утвердить новую ткань для таких исследований.

Цель 1: Подтвердить обрезки ногтей в качестве приемлемого источника ДНК для исследования ME человека. Гипотеза 1: При ME метилирование ДНК в обрезках ногтей младенцев (которые можно легко собрать) сильно коррелирует с метилированием в волосяных фолликулах, моче и буккальных мазках.

Цель 2: Сравнить эпигенетическое несоответствие при ME у монохориальных и дихориальных близнецов MZ Гипотеза 2: При ME пары дихориальных MZ близнецов (с отдельными плацентами) будут демонстрировать большее эпигенетическое различие в ПБХ, чем пары монохориальных MZ близнецов (с общей плацентой), но не в других тканях.