Субекти

Резюме

Детското затлъстяване остава епидемия в САЩ и по света. Въпреки това, малко се разбира по отношение на епигенетичната основа на затлъстяването при юноши. За да се изследва връзката на напречното сечение между нивото на метилиране на ДНК в гените, свързани със затлъстяването, и процентила на индекса на телесна маса (ИТМ), бяха анализирани данни от 263 юноши в популационния последващ изпит за детска кохорта от Пен Пен. Използвайки ДНК, извлечена от периферни левкоцити, е получена широкоразмерна епигеномна единична нуклеотидна разделителна способност за метилиране на ДНК в местата на цитозин-фосфат-гуанин (CpG) и околните региони. Използвахме модели на линейна регресия, коригирани с променлива, за да оценим връзката между специфичното ниво на метилиране и специфичния за възрастта и пола ИТМ процентил. Използвани са хипергеометрични и пермутационни тестове, за да се определи дали гените, свързани със затлъстяването, са значително обогатени сред всички интрагенни места, които са постигнали р

Въведение

През последното десетилетие епигенетичната регулация на генната експресия се изучава като нов механизъм, който може да запълни празнината в етиологията на сложните заболявания. Накратко, епигенетиката е изследване на наследствени модели на фенотип, резултат от промени в хромозома без промени в ДНК последователността 14. Предлага се като молекулярен механизъм, който медиира взаимодействието между поведенчески фактори/фактори на живот и генетика, чрез адаптиране на генома към експозицията на околната среда 15. Следователно е правдоподобно, че анормалните епигенетични промени могат да допринесат за развитието на човешко заболяване. Всъщност епигенетичните промени, като метилиране на ДНК, са свързани с развитието и прогресирането на хронично заболяване, включително рак 16 и ССЗ 17 .

Въпреки че има бърз растеж в областта на епигенетиката и успехи в идентифицирането на целеви места, които са свързани със затлъстяването, епигенетичната основа на затлъстяването остава до голяма степен неизвестна, особено в ранните етапи на развитие, като юношеството. Следователно, ние извършихме това изследване на напречното сечение, за да изследваме епигенетичния профил, по-специално метилирането на ДНК в гените, свързани със затлъстяването, във връзка с маркера на общото затлъстяване при юноши. За този доклад ние оценихме нивото на метилиране на ДНК на левкоцитна периферна кръв чрез подобрен анализ на последователността на бисулфатното секвениране (RRBS) и процентил на ИТМ, получен от популационна извадка от 263 юноши, участвали в последващия изпит за детска кохорта от Пен Пенс.

Резултати

Основните демографски характеристики на 263 участника с данни за метилиране на ДНК са обобщени в Таблица 1. Средната възраст (SD) на пробата е 16,7 (2,2) години. 78,7% от тях са неиспански бели и 55,9% са мъже. Разпространението на употребата на тютюн и алкохола е съответно 10,3% и 19,6%. Когато се стратифицира съгласно 4 категории 18, специфични за възрастта и пола на ИТМ, определени от CDC, делът на поднорменото тегло, нормалното тегло, наднорменото тегло и затлъстяването в нашата извадка от юноши е съответно 1,9%, 61,6%, 20,5% и 16,0% . Въпреки че няма значителна разлика в расовото разпределение в четирите специфични за възрастта и пола категории на ИТМ (p = 0,23), делът на неиспанските бели е значително по-нисък в групата със затлъстяване. В действителност, неиспанските бели участници показаха значително по-нисък процентил на ИТМ от участниците с друга идентичност на раса/етническа принадлежност (p = 0,01).

Сред 166 158 анализируеми сайтове за цитозин-фосфат-гуанин (CpG), 165 297 (99,5% от) сайтовете бяха успешно анализирани в модели на линейна регресия. След изключване на интергенни сайтове, 103 466 интрагенни сайтове са анотирани върху 11 490 уникални гени. Графикът в Манхатън, показващ общите за генома p стойности на връзката между нивото на метилиране на ДНК на отделно място на CpG и процентил на ИТМ е представен на фиг. 1. 20-те най-значими сайта са представени в Допълнителни (вижте допълнителна таблица S1). Както беше отбелязано, нито един от сайтовете не е преминал прага за значимост за целия геном (p-тият най-значим хит (p = 4.2E-05) през целия епигеном. Разпределението на сайтовете въз основа на връзката им с гените за затлъстяване е обобщено в таблица 2 Накратко, сред 103 466 интрагенни места, 308 са били на гени, свързани със затлъстяването, 9,1% (N = 28) от тях са били значими при p Фигура 1

процентил

График на Манхатън за p-стойности на генома за асоциацията. Стойностите на Р бяха получени чрез анализ на линейна регресия с корекция за възраст, раса и пол и партиден ефект. Оста y показва −log10 (p) на 103 466 места, а оста x показва тяхната хромозомна позиция. Червените точки представляват местата на гените, свързани със затлъстяването. Хоризонталната червена линия представлява прага за значимост в сайтовете, свързани със затлъстяването (p = 1.6E-04). Нито един от сайтовете не е значим на ниво геном (p = 4.8E-07).

По-нататък разгледахме връзката между специфичното за мястото ниво на метилиране в гените, свързани със затлъстяването, което беше получено чрез заявка за база данни за асоцииране на генни заболявания (DisGeNET) 19 и процентил на ИТМ. Топ 15 на най-значимите сайтове в гените, свързани със затлъстяването, са обобщени в таблица 3. Както е показано в таблица 2, сайтовете са в SIM1 ген. По-важното е, че имаше 1 сайт (Chr6: 100903612), който е на CpG: 24 от SIM1ген, който остава значително свързан с процентила на ИТМ, дори след прилагане на Bonferroni (p = 4.2E-05) или корекция на скоростта на фалшиво откриване (q = 0.013). Коефициентът на регресия (SE) между 10% увеличение на метилирането в това място и процентил на ИТМ е 7,2 (1,7).

Дискусия

В заключение наблюдавахме, че агрегираната промяна в метилирането на ДНК от левкоцитите в периферната кръв върху гените, свързани със затлъстяването, е свързана със затлъстяването в популационна проба от здрави юноши. Въпреки че предстои валидиране, допълнително идентифицирахме нов сайт на SIM1, чието ниво на метилиране на ДНК е свързано със затлъстяването. Взети заедно, тези доказателства предполагат, че промяната на метилирането на ДНК е свързана със затлъстяването, дори при здрави юноши. Такава ранна промяна в живота може да бъде свързана с повишен кардиометаболитен риск в зряла възраст. Обаче са необходими по-нататъшни надлъжни проучвания с по-големи размери на пробите. Такива проучвания могат да се използват за потвърждаване на нашите открития и за по-задълбочен поглед върху причинно-следствената посока на асоциацията, както и възможния произход на вариацията в нивата на метилиране на ДНК.

Материали и методи

Население

За този анализ използвахме данни от участници в последващия преглед на детската кохорта в Пенситуация. Процедурите за набиране и изпит за базовите 49 и последващи 50 изпити са публикувани другаде. Накратко, общо 700 деца на възраст между 5 и 12 години бяха наети от централна Пенсилвания и участваха в базовия преглед през 2002–2006 г. 421 от тях са участвали в последващия преглед през 2010–2013 г. със средно 7,70 години проследяване. При последващия преглед всеки участник е подложен на стандартизиран физически преглед, при който ръстът и теглото на участника се измерват от обучен изследовател. ИТМ се изчислява като тегло/височина 2 (kg/m 2). След това ИТМ се преобразува в ИТМ процентил в съответствие с указанията и алгоритъма 51 на Центровете за контрол и превенция на заболяванията в САЩ. Основните демографски характеристики на участниците, включително възраст, раса, пол, употреба на тютюн и пиене на алкохол бяха събрани чрез самоуправляван въпросник. Получена е и история на родителите за затлъстяване, диабет и хипертония.

Протоколът за изследването е одобрен от Институционалния съвет за преглед на държавния университет в Пенсилвания. Всички изследвания са извършени в съответствие със съответните насоки/разпоредби. Писмено информирано съгласие беше получено от участниците и техните родители или настойници, ако са на възраст под 18 години.

Тест за метилиране в целия геном

За да гарантираме валидността на данните за метилирането и статистическите изводи на анализите, изключихме бази с 19, база данни за асоциации на генни заболявания, идентифицирахме списък с петдесет гени, свързани със затлъстяването (Таблица 4), използвайки прага за оценка на надеждността (≥0,20 ). Впоследствие интрагенните сайтове бяха категоризирани в сайтове със затлъстяване и свързани със затлъстяването. Обогатяването на генетичен набор беше оценено с хипергеометричен тест и тест за пермутация 52 с 10 000 пермутации. Тези тестове сравняват разпределението на сайтовете на CpG, чието ниво на метилиране, свързано с процентил на ИТМ при p Таблица 4 Списък на топ 50 гени, свързани със затлъстяването .

За да се идентифицират отделни сайтове, особено тези, интрагенни за гени, свързани със затлъстяването, които са били значително свързани с процента на ИТМ, корекцията на Bonferroni е използвана за отчитане на множество тестове. Изчислен е и геномен фактор на инфлация, за да се оцени степента на общата инфлация и излишъкът на фалшиво положителен процент Всички анализи бяха извършени с помощта на R (версия 3.3.0). Целият аналитичен процес е обобщен в диаграма (фиг. 2), за да илюстрира графично нашите статистически подходи.