RRBS測序輔助同(tong)卵雙(shuang)胞(bao)胎EWAS-BMI關聯(lian)研究及肥(fei)胖zhi)砉guan)遺傳機制研究【jing)曬Π咐/h2>

2019年5月,青島大學醫學院學者發表了有關同(tong)卵雙(shuang)胞(bao)胎肥(fei)胖zhi)砉guan)調控的nan)芯浚 gai)研究中簡化(hua)甲基化(hua)測序由百邁客生物科技有限(xian)公司完成,詳情如下long)/p>

英(ying)文題目︰DNA methylome profiling in identical twin pairs discordant for body mass index

發表雜志︰International Journal of Obesity

影響因子︰5.151

合作單位︰青島大學醫學院

【研究背景】

糖尿病(bing)和心nan) guan)疾病(bing)是(shi)發達(da)國(guo)家和發展(zhan)中國(guo)家的常見病(bing)癥,對生活質量和死亡率有很大影響。這些病(bing)癥通(tong)常與肥(fei)胖有關,其體重指gan)MI)是(shi)一個重要的衡量指標。以體重除(chu)以身高的平方來計算(suan)的體重指gan)MI,kg/m2)是(shi)體重和肥(fei)胖zhi)募虻?副輟MI已經被(bei)廣泛使用,傳統的流行病(bing)學研究揭示其與環境(jing)因素的關聯(lian),包括職業、收入和許多其他因素。重要的是(shi),雙(shuang)胞(bao)胎研究高遺傳率預(yu)計高達(da)90%,表明遺傳因素對BMI變異的貢獻很大。

在過(guo)去的十年中,全基因組關聯(lian)研究(GWAS)發現(xian)了常見的遺傳多態性(xing)與復(fu)雜疾病(bing)和健康(kang)特征(zheng)(包括BMI)相關的罕(han)見遺傳變異。但是(shi),與預(yu)估的高遺傳率(40-70%)相比,報道的遺傳多態性(xing)僅解(jie)釋了有限(xian)比例的BMI變異(2-21%)。已經使用DNA甲基化(hua)分(fen)析(xi)進行了大規模表觀(guan)基因組關聯(lian)研究(EWAS),但是(shi)僅報道了少數顯(xian)著的基因組位點。有限(xian)的發現(xian)可能(neng)是(shi)由于部(bu)分(fen)控制不良的混雜因素,包括遺傳和環境(jing)因素。由于同(tong)卵雙(shuang)胞(bao)胎(MZ)共享(xiang)基因組成,MZ雙(shuang)胞(bao)胎對于疾病(bing)或(huo)性(xing)狀(zhuang)chuang)灰恢攏 勺魑 叨紉糯 xing)疾病(bing)或(huo)表型EWAS研究kang)睦硐胙盡W髡 詡撲suan)機模擬研究表明,EWAS中不一致的雙(shuang)胞(bao)胎研究具有高度豐富(fu)的統計檢力,特別是(shi)對具有高遺傳基礎的疾病(bing)。作者采用RRBS(簡化(hua)甲基化(hua))測序對30對BMI不同(tong)的同(tong)卵雙(shuang)胞(bao)胎進行了EWAS研究,討(tao)論了肥(fei)胖潛在病(bing)因。

【研究方法】

  • 樣本選擇︰30對同(tong)卵雙(shuang)胞(bao)胎,包括15對男性(xing)和15對女性(xing),無藥物治療,無診斷疾病(bing)(如癌癥,心nan) guan)疾病(bing),2型糖尿病(bing),精神(shen)疾病(bing)等),年齡39-72,BMI18.9-37.7。收集全血樣本。
  • 測序技術︰簡化(hua)甲基化(hua)測序(RRBS)。
  • 驗證︰Mid-aged Danish Twin (MADT) cohort ?229對樣本表達(da)數據進行基因驗證。

【研究結果】

1、樣本情況

表1展(zhan)示了sou)鞠喙厝頌?飭亢蛻hua)變量kang)慕 W詈笠渙lie)是(shi)每個變量kang)畝閱諳喙匭xing)。大多數變量具有相當高的和/或(huo)顯(xian)著相關性(xing),一些顯(xian)示低或(huo)不顯(xian)著的對內相關性(xing)(例如GLU,TG)。下圖顯(xian)示了每對雙(shuang)胞(bao)胎的BMI測量值(zhi)。所有雙(shuang)胞(bao)胎都與對角(jiao)線保持距離,表明BMI測量中的對內不一致long)Mtong)時,圖中的總體模式還表明如表1中報告的BMI的弱配對內相關性(xing)(r = 0.307,p = 0.099)。在男性(xing)(實點)和女性(xing)(空(kong)點)雙(shuang)胞(bao)胎中沒有觀(guan)察到BMI不一致的性(xing)別特異性(xing)模式。

2、單個位點EWAS關聯(lian)分(fen)析(xi)

基于單個位點的EWAS分(fen)析(xi),鑒定出136個CpG(p <1e-04),其中30個CpG(p <1e-05),2個CpG(p <1e-06)。 沒有xing)壞憒da)到全基因組顯(xian)著性(xing)(定義為FDR <0.05),最低FDR = 0.195。 圖中顯(xian)示了每個CpG位點的p值(zhi)與其染(ran)色體位置的曼哈頓圖(圖a)和針(zhen)對隨機預(yu)期p值(zhi)分(fen)布繪制的預(yu)估p值(zhi)的Q-Q圖(圖b)。最顯(xian)著CpG?p值(zhi)表明與隨機分(fen)布的偏差(cha)及其陰影區域的95%置信區間(圖b),說明這些CpG與BMI的非隨機關聯(lian)。

3、生物學通(tong)路分(fen)析(xi)

采用biomaRt,38487個CpG中(P<0.05),23,863個CpG注釋到2542個功能(neng)基因,基于GSEA在BioCarta 基因集, KEGG 基因集和Reactome基因集富(fu)集分(fen)析(xi)。富(fu)集通(tong)路相關基因包括參與編(bian)碼細胞(bao)外基質(ECM)相關蛋白,包括ECM糖蛋白、膠原蛋白和蛋白多糖;以及參與神(shen)經元系統和發育生物學的基因。富(fu)集結果也(ye)涉(she)及神(shen)經元功能(neng)通(tong)路,涉(she)及參與化(hua)學突觸(chu)傳遞(di),軸突導向和NGF信號(hao)傳導(神(shen)經生長因子)的基因。38,487(p < 0.05)個CpGs采用GREAT分(fen)析(xi)其富(fu)集的調控區域。結果表明15個具有統計學意義(p < 1.072e-10)的生物學功能(neng)聚類(lei),涉(she)及膠質細胞(bao)再生正(zheng)負調節(FE:2.49, FE:2.03)、脂質合成負調節( FE:2.61)、甲狀(zhuang)腺發育 (FE:2.83)、視you)?訟赴bao)發育(FE: 3.54)等。

4、基因組區域注釋及利(li)用MADT表達(da)數據驗證

采用comb-p矯(jiao)正(zheng)p,鑒定出11個FDR<0.1的DMR,其中9個FDR<0.05,位于染(ran)色體1、2、3、5、6、9、10和18 。4個有意義的 DMRs (從chr 1:1103393-1103564,chr 1:990300-990641;chr 6:1594287-1594438;?chr 10:102026134-102026689 )包含(han)了有顯(xian)著意義的CpGs 。4個DMR位于基因間區,其余7個注釋在9號(hao)染(ran)色體LINC01503(RNA基因)、5號(hao)染(ran)色體DPYSL3(與非酒精性(xing)脂肪肝(gan)相關), 1號(hao)染(ran)色體CHD5和AGRN(有研究孕婦體重指gan)孕律 NA甲基化(hua)的影響), 2號(hao)染(ran)色體C1QL2, 10號(hao)染(ran)色體CWF19L1, 及6號(hao)染(ran)色體 AKAP12。圖中展(zhan)示了11個DMR的甲基化(hua)模式,除(chu)了圖f和j的DMR與BMI呈負相關外,其余9個DMR與BMI呈正(zheng)相關。采用Danish雙(shuang)胞(bao)胎的基因表達(da)數據,檢驗了與11個DMR相關的7個基因表達(da)水平與BMI的相關性(xing)。LINC01503和AKAP12有顯(xian)著意義。

【小結】

雖(sui)然單CpG位點EWAS沒有鑒定出顯(xian)著性(xing)位點,但是(shi)功能(neng)富(fu)集分(fen)析(xi)結果表明了一些有意義的基因。比如由于BMI不一致引(yin)起(qi)的DNA甲基化(hua)改變可能(neng)與發育相關,可能(neng)涉(she)及早期事件如低出生體重。10條富(fu)集的通(tong)路都與細胞(bao)外基質(ECM)有關,在細胞(bao)外基質中,脂肪組織中的過(guo)量沉(chen)積(ji)會惡化(hua)胰島素敏感性(xing)。DMR相關基因也(ye)有報道與肝(gan)髒(zang)脂肪jing)粱ji)相關。未有顯(xian)著性(xing)位點結果與樣本量較少及BMI高遺傳判(pan)斷也(ye)有關系。同(tong)時研究結果也(ye)表明,基于BMI不一致的雙(shuang)胞(bao)胎樣本研究表觀(guan)遺傳學,可能(neng)會高度重視早期生活事件對成年BMI的表觀(guan)遺傳學影響,需(xu)謹慎將調查結果推廣到非雙(shuang)胞(bao)胎人群。

參考文獻

Li W, Zhang D ,Wang W, et al. DNA methylome profiling in identical twin pairs discordant for body mass index. International Journal of Obesity, 2019.

 

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