Att övervinna hinder i epigenetisk analys av mänskliga tvillingar (Epitwin)

Kardiovaskulär sjukdom (CVD) är den vanligaste dödsorsaken i USA, vilket betonar en ofullständig förståelse av dess patologi och översättning till effektiva ingrepp. Hypotesen om fostrets ursprung antyder att risken för hjärt-kärlsjukdom delvis sätts in i livmodern. Individuella skillnader i epigenetisk DNA-metylering är en ledande kandidatmekanism för att förklara sambandet mellan CVD-risk och fostermiljön. Skillnader i DNA-metylering har faktiskt varit inblandade i patogenesen av CVD och dess riskfaktorer. Tidigare studier på råttor har karakteriserat en specifik klass av epigenetiska loci som kallas metastabila epialleller (ME). Metylering av DNA in utero kan vara ett svar på icke-genetiska faktorer och graden av hypo- eller hypermetylering förblir stabil under hela livslängden. Studier på möss har vidare visat att metylering har dramatiska och permanenta fenotypiska effekter. I nyare studier har över 100 humana ME identifierats. Flera av dessa loci har associerats med fenotyper relaterade till CVD-risk.

Utredarna måste nu fastställa de fenotypiska konsekvenserna av interindividuell variation i DNA-metylering vid mänskliga ME. Studier på inavlade möss har varit avgörande för att visa att det finns icke-genetiska influenser på etableringen av metylering vid ME. Tvillingstudier, som vanligtvis använder saliv eller perifera blodkroppar (PBC), har använts för att bedöma om individuell epigenetisk variation hos människor påverkas av icke-genetiska faktorer. Faktum är att när man översätter epigenetiska fynd från möss till människor, ses enäggstvillingar (MZ; genetiskt identiska) tvillingar vanligtvis som den mänskliga motsvarigheten till isogena möss. Det finns dock en viktig skillnad mellan MZ-tvillingar och isogena möss. Medan varje inavlad muskullkamrat har sin egen moderkaka, delar cirka 75 % av MZ-tvillingarna en enda moderkaka (monokorionicitet) och har därför blandad cirkulation under fosterutvecklingen. Det är därför viktigt att avgöra om den resulterande "korspollineringen" av hematopoetiska stamceller (HSC) resulterar i att DNA från perifert blod (och saliv) från två monokorioniska MZ-tvillingar är mer epigenetiskt lika än andra somatiska vävnader. Att noggrant kvantifiera epigenetiska effekter av perikonceptionell näring i tvillingstudier, och därigenom tillhandahålla framtida interventionsmål för att minska risken för hjärt-kärlsjukdom hos avkomma, kommer sannolikt att kräva analyser av DNA-metylering i andra vävnader än saliv eller perifera blodkroppar.

Utredarna måste undersöka om jämförelser mellan monozygotiska: tvåäggstvillingar, utan hänsyn till placentadelning in utero (korionicitet), är en lämplig modell för framtida arbete som kommer att karakterisera ME-loci och etablera deras associationer med fenotypiska konsekvenser. Spädbarnsåldern är den idealiska tiden för att undersöka sambandet mellan ME och CVD-faktorer, eftersom det ger den tidigaste tiden för riskförutsägelse och intervention. Därför planerar forskare för denna studie att rekrytera 40 tvillingpar under 4 månaders ålder för att identifiera mer lättillgängliga vävnader för epigenetiska analyser än hårsäckar (som tidigare har använts som ett alternativ till PBC eller saliv). Plockningen av hårsäckar från spädbarn är för betungande för deltagarna för att samla på sig de stora prover som är avsedda för framtida analyser.

Sammanfattning: Studier på råttor ger bevis för att moderns näring runt tidpunkten för befruktningen kan förändra epigenetiska mekanismer som påverkar fetma, och fetma i sig är en stark riskfaktor för hjärt-kärlsjukdom. Detta förhållande förmedlas av den tidiga embryonala metyleringen vid metastabila alleler. Efter identifieringen av över 100 ME hos människor, av vilka många är associerade med fetma eller andra CVD-riskfaktorer, är utredarna nu redo att genomföra studier för att undersöka om perikonceptionell näring påverkar CVD-risken via metylering. Utredarna försöker översätta detta arbete om ME till mänskliga populationer eftersom det tyder på en viktig risk för hjärt-kärlsjukdom. Vidare vill forskare fastställa vikten av korionitet som en faktor i epigenetiska analyser av MZ-tvillingar, och att validera en ny vävnad för sådana studier.

Syfte 1: Validera nagelklipp som en acceptabel DNA-källa för studien för humana ME. Hypotes 1: Vid ME är DNA-metylering i spädbarns nagelklipp (som lätt kan samlas in) starkt korrelerad med den i hårsäckar, urin och buckala pinnar.

Syfte 2: Jämför epigenetisk diskordans vid ME hos monokorioniska vs. dikorioniska MZ-tvillingar. Hypotes 2: Vid ME:s kommer dikorioniska MZ-tvillingpar (med separata placenta) att visa större epigenetisk olikhet i PBC än monokorioniska MZ-tvillingar (som delar en placenta), inte i andra vävnader.