Kapcsolat az elhízással kapcsolatos gének DNS-metilációja és a serdülők testtömeg-indexe között

Tárgyak

Absztrakt

A gyermekkori elhízás továbbra is járvány az Egyesült Államokban és világszerte. Kevéssé értik azonban a serdülők elhízásának epigenetikai alapját. Az elhízással összefüggő gének DNS-metilációs szintje és a testtömeg-index (BMI) percentilis közötti keresztmetszeti összefüggés elemzéséhez elemezték a populációalapú Penn State Child Cohort nyomonkövetési vizsga 263 serdülőjének adatait. A perifériás leukocitákból kivont DNS felhasználásával a DNS-metiláció epigénszintű egy nukleotid-felbontását citozin-foszfát-guanin (CpG) helyeken és a környező régiókban kaptuk. Többváltozós korrigált lineáris regressziós modelleket használtunk a helyspecifikus metilációs szint, valamint az életkor- és nemspecifikus BMI-percentilis közötti összefüggés értékelésére. Hypergeometrikus és permutációs teszteket használtak annak meghatározására, hogy az elhízással kapcsolatos gének jelentősen gazdagodtak-e az összes olyan intragén hely között, amely elérte a p

Bevezetés

Az elmúlt évtizedben a génexpresszió epigenetikus szabályozását olyan új mechanizmusként tanulmányozták, amely pótolhatja a hiányt a komplex betegség etiológiájában. Röviden, az epigenetika a kromoszómában bekövetkező változásokból eredő öröklődő fenotípusminták vizsgálata a DNS-szekvencia megváltozása nélkül14. Olyan molekuláris mechanizmusként javasolták, amely közvetíti a viselkedési/életmódbeli tényezők és a genetika kölcsönhatását, a genomnak a környezeti expozícióhoz való igazításával 15. Ezért valószínű, hogy az aberrált epigenetikai változások hozzájárulhatnak az emberi betegség kialakulásához. Valójában az epigenetikus változások, például a DNS-metiláció, összefüggenek a krónikus betegség kialakulásával és előrehaladásával, beleértve a rákot 16 és a CVD-t 17 .

Noha az epigenetika területén gyors növekedés és az elhízással kapcsolatos célhelyek azonosításának sikerei tapasztalhatók, az elhízás epigenetikai alapja továbbra is nagyrészt ismeretlen, különösen a korai fejlődési szakaszokban, például a serdülőkorban. Ezért elvégeztük ezt a keresztmetszeti vizsgálatot az epigenetikus profil, különösen az elhízással kapcsolatos gének DNS-metilációjának feltárására, a serdülők általános elhízásának markerével összefüggésben. Ehhez a jelentéshez a perifériás vér leukocita DNS metilációs szintjét értékeltük, fokozott, csökkentett reprezentációjú biszulfát szekvenálás (RRBS) vizsgálat és BMI percentilis alapján, amelyet a Penn State Child Cohort nyomon követésen részt vett 263 serdülő populációs mintájából kaptunk.

Eredmények

A DNS-metilációs adatokkal rendelkező 263 résztvevő fő demográfiai jellemzőit az 1. táblázat foglalja össze. A minta átlagos (SD) életkora 16,7 (2,2) év volt. 78,7% -uk nem spanyol fehér, 55,9% -a férfi volt. A dohányzás és az alkoholfogyasztás elterjedtsége 10,3%, illetve 19,6% volt. 4 CDC által meghatározott kor- és nemspecifikus BMI-kategória 18 szerint rétegezve a serdülőkből álló mintánkban az alsúlyú, a normál testsúlyú, a túlsúlyos és az elhízottak aránya 1,9%, 61,6%, 20,5% és 16,0% volt. . Noha nem volt szignifikáns különbség a faji megoszlásban a négy kor- és nemspecifikus BMI-kategória között (p = 0,23), a nem hispán fehér aránya lényegesen alacsonyabb volt az elhízott csoportokban. Valójában a nem spanyol fehér résztvevők szignifikánsan alacsonyabb BMI-százalékot mutattak, mint más faji/etnikai identitással rendelkező résztvevők (p = 0,01).

A 166 158 elemezhető citozin-foszfát-guanin (CpG) hely közül 165 297 (a 99,5%) helyet elemeztek sikeresen lineáris regressziós modellekben. Az intergenikus helyek kizárása után 113490 egyedi génre 103 466 intragén helyet írtunk fel. Az 1. ábrán látható a manhattani diagram, amely az egyes CpG-helyek DNS-metilációs szintje és a BMI-percentilis közötti összefüggés genomszintű p-értékeit mutatja be. A 20 legjelentősebb helyet a Kiegészítő (lásd az S1 kiegészítő táblázatot). Mint megjegyeztük, egyik hely sem lépte át a genom egészére kiterjedő szignifikancia küszöbét (p. Legjelentősebb találat (p = 4.2E-05) a teljes epigenómban. A helyek eloszlását az elhízási génekkel való kapcsolatuk alapján a 2. táblázatban foglaltuk össze. Röviden: a 103 466 intragén hely közül 308 volt az elhízással kapcsolatos génen, közülük 9,1% (N = 28) volt szignifikáns az 1. ábrán.

Manhattan ábrázolja az egyesület genomszintű p értékeit. A P értékeket lineáris regresszióanalízissel kaptuk, az életkor, a faj, a nem és a kötegelt hatás kiigazításával. Az y tengely a 103 466 hely −log10 (p) értékét, az x tengely pedig a kromoszóma helyzetét mutatja. A piros pontok az elhízással kapcsolatos gének helyeit jelölik. A vízszintes piros vonal az elhízással kapcsolatos helyszíneken a szignifikancia küszöbét jelöli (p = 1.6E-04). Egyik hely sem volt szignifikáns az egész genom szintjén (p = 4,8E-07).

Továbbá megvizsgáltuk az elhízással kapcsolatos gének helyspecifikus metilációs szintjének összefüggését, amelyet a gén-betegség asszociációs adatbázis (DisGeNET) 19 lekérdezésével kaptunk, és a BMI percentilis között. Az elhízással kapcsolatos gének top 15 legjelentősebb helyét a 3. táblázatban foglaltuk össze. Amint a 2. táblázat mutatja, a helyek SIM1 gén. Ennél is fontosabb, hogy volt egy hely (Chr6: 100903612), amely a CpG-n található: 24/SIM1gén, amely szignifikánsan kapcsolatban maradt a BMI percentilisével, még Bonferroni (p = 4,2E-05) vagy hamis felfedezési arány kiigazítás (q = 0,013) alkalmazása után is. A regressziós együttható (SE) ezen a helyen a metiláció 10% -os növekedése és a BMI percentilis között 7,2 (1,7) volt.

Vita

Összegzésként megfigyeltük, hogy az elhízással kapcsolatos géneken a perifériás vér leukociták DNS-jének metilációjában az elhízással összefüggő összesített változás az egészséges serdülők populációalapú mintájában elhízással járt. Noha az érvényesítés még várat magára, tovább azonosítottunk egy új helyet a SIM1, amelynek DNS-metilációs szintje összefügg az elhízással. Összességében ez a bizonyíték azt sugallja, hogy a DNS-metilációs változás összefügg az elhízással, még egészséges serdülőknél is. Az ilyen korai életváltozás felnőttkorban megemelkedett kardiometabolikus kockázattal járhat. Nagyobb mintaméretekkel azonban további longitudinális vizsgálatok indokoltak. Ilyen tanulmányok felhasználhatók megerősítésünkre és mélyebb betekintést nyerhetnek az asszociáció ok-okozati irányába, valamint a DNS-metilációs szintek variációjának lehetséges eredetébe.

Anyagok és metódusok

Népesség

Ehhez az elemzéshez a Penn State Child Cohort utóvizsgálat résztvevőinek adatait használtuk fel. A kiindulási 49 és az 50 utólagos vizsgálat felvételi és vizsgáztatási eljárásait másutt tették közzé. Röviden: összesen 700 5–12 éves gyermeket vettek fel Pennsylvania központjából, és vettek részt az alapvizsgálaton 2002–2006 között. Közülük 421-en vettek részt a 2010–2013-as utóvizsgálaton, átlagosan 7,70 éves nyomon követéssel. Az utóvizsgálaton minden résztvevő szabványosított fizikai vizsgálaton esett át, amelynek során a résztvevő magasságát és súlyát képzett nyomozó mérte meg. A BMI-t súly/magasságként (kg/m 2) számoltuk. Ezután a BMI-t BMI-százalékra konvertálták az Egyesült Államok Betegségellenőrzési és Megelőzési Központjának iránymutatásának és 51. algoritmusának megfelelően. A résztvevők fő demográfiai jellemzőit, beleértve az életkort, a fajt, a nemet, a dohányzást és az alkoholfogyasztást, önállóan kitöltött kérdőív segítségével gyűjtötték össze. A szülők elhízását, cukorbetegségét és magas vérnyomását is kimutatták.

A vizsgálati protokollt a Penn Állami Egyetemi Orvostudományi Főiskola Intézményi Felülvizsgálati Testülete hagyta jóvá. Minden kutatást a vonatkozó irányelveknek/előírásoknak megfelelően végeztünk. A résztvevők, szüleik vagy törvényes gondviselők írásos tájékoztatáson alapuló beleegyezéseket kaptak, ha 18 évnél fiatalabbak.

Genomszintű metilációs vizsgálat

A metilációs adatok és az elemzések statisztikai következtetéseinek érvényességének biztosítása érdekében kizártuk a 19-es bázisokat, a gén-betegség asszociációk adatbázisát, azonosítottunk egy ötven elhízással kapcsolatos gént (4. táblázat), megbízhatósági pontszám küszöböt használva (≥0.20 ). Az intragén helyeket ezt követően az elhízáshoz és az elhízással nem összefüggő helyekhez soroltuk. A génkészlet-dúsulást hipergeometrikus teszttel és 52 permutációs teszttel értékeltük 10 000 permutációval. Ezek a tesztek összehasonlították azoknak a CpG helyeknek az eloszlását, amelyek metilációs szintje a BMI-percentilishez kapcsolódik p 4. táblázat: A legfontosabb 50 elhízással kapcsolatos gén felsorolása a .

Az egyes helyek, különösen az elhízással kapcsolatos gének intragéninek azonosításához, amelyek szignifikánsan összefüggenek a BMI percentilisével, Bonferroni korrekciót alkalmaztak a többszörös tesztek elszámolásához. Genomikus inflációs tényezőt is kiszámítottak a tömeges infláció mértékének és a túlzott hamis pozitív arány 53 értékeléséhez. Minden elemzést R (3.3.0 verzió) alkalmazásával végeztünk. A teljes analitikai folyamatot diagramban foglaltuk össze (2. ábra), hogy grafikusan bemutassuk statisztikai megközelítéseinket.