PT Unknown
AU Gutwein, J
TI Auswirkungen ausgewählter Einflussfaktoren auf die genomweite DNA-Methylierung beim Menschen
PY 2015
PU Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
WP https://macau.uni-kiel.de/receive/diss_mods_00016768
LA de
DE Epigenetik; DNA-Methylierung; Umwelt; Lebensstil; epigenetics; DNA methylation; environment; life style
AB Umweltfaktoren können über epigenetische Mechanismen das Expressionsmuster von Genen verändern. So kann eine Veränderung des Lebensstils, z.B. Zigarettenkonsum, durch epigenetische Modifikationen, wie die der DNA-Methylierung, wesentlich zur Pathogenese einiger Erkrankungen beitragen. In der hier vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss des Alters, eines hohen Body Mass Index (BMI), des Rauchens und der Schichtarbeit auf das DNA-Methylierungsmuster von Zwillingen mittels arraybasierter Technologie analysiert und charakterisiert werden. Die Untersuchung von monozygoten Zwillingen hat dabei den Vorteil, dass aufgrund des gleichen genetischen Hintergrundes der Zwillinge, Veränderungen im DNA-Methylierungsmuster den analysierten Parametern zugeschrieben werden können. Aufgrund des auf der primären Fragestellung dieser Arbeit basierenden Studiendesigns, konnte ein zwillingsbasierter Ansatz nur für die Analyse des Einflusses der Schichtarbeit gewählt werden. Für die Parameter Alter, BMI und Rauchen wurde für die Identifizierung einer veränderten DNA-Methylierung eine gruppenbasierte Analyse mittels der sog. False Discovery Rate (FDR, q) bzw. eines definierten Signifikanzwertes bei einer gleichzeitigen Differenz der mittleren Methylierungswerte zwischen zwei Gruppen von mindestens 5% (│∆β│>0,05) durchgeführt. Zusammengefasst wurden folgende Befunde erzielt:
1. Der Infinium HumanMethylation450 BeadChip konnte in einem Vorexperiment erfolgreich etabliert und somit für die anschließenden genomweiten hypothesenfreien DNA-Methylierungsanalysen eingesetzt werden. Diese wurden an aus Zellen des peripheren Blutes isolierter genomischer DNA von monozygoten und dizygoten Zwillingen durchgeführt.
2. Für die Identifizierung altersabhängig methylierter CpG-Loci wurden insgesamt 53 mono- und 63 dizygote DNA-Proben von Zwillingen im Alter von 20–63 Jahren einbezogen. Mittels linearer Regression konnten 111 CpGs bzw. 63 Gene identifiziert werden, deren Methylierung signifikant mit dem Alter korrelierte (q<1x10-11). 47 Gene bzw. 58 Loci konnten dabei die Befunde altersabhängiger Methylierungsveränderungen aus anderen Studien bestätigen, während 16 erstmals neu identifizierte Gene ermittelt werden konnten. Über eine Genontologie-Analyse konnten unter den insgesamt 63 altersabhängig methylierten Genen statistisch signifikante Anreicherungen für Gene ermittelt werden, die an Prozessen des Blutdrucks, der Herzkontraktion und des Nervensystems beteiligt sind.
3. Der Vergleich von fünf adipösen und 29 normalgewichtigen Zwillingen lieferte bei einer FDR q<0,05 drei differentiell methylierte CpGs, die den Genen TREML4 und POM121C zugeordnet werden konnten. Mit einem zweiten Ansatz wurden insgesamt 80 CpGs bzw. 43 Gene ermittelt, deren Methylierung mit einem hohen BMI korrelierte (p<3x10-4; │∆β│>0,05). 3/43 differentiell methylierte Gene (ADORA1, LPGAT1, POM121C) wurden bereits im Zusammenhang mit Adipositas publiziert, während zwei weitere Gene (ADCY5, SYN2) mit einer damit verbundenen Folgeerkrankung, dem Typ-2-Diabetes, assoziiert werden konnten.
4. Der Vergleich von 12 Rauchern und 25 Nichtrauchern resultierte bei einer FDR q<0,05 in insgesamt 22 differentiell methylierten CpGs bzw. 14 Genen. Ein zweiter Ansatz lieferte insgesamt 131 bzw. 68 differentiell methylierte CpG-Loci bzw. Gene (p<4x10-4; │∆β│>0,05). Mit beiden Ansätzen konnten Loci und Gene bestätigt werden, für die andere Studien bereits eine mit dem Rauchen veränderte DNA-Methylierung gezeigt hatten. Insgesamt konnten unter den identifizierten Genen mittels verschiedener Anreicherungsanalysen Gene ermittelt werden, die z.B. in Herzerkrankungen (CACNA1C, GATA4, EVC2, NODAL) und Thrombose (F2RL3, F10), deren Entstehung teilweise durch das Rauchen begünstigt wird, involviert sind.
5. Bei sechs für Nachtarbeit diskordanten Zwillingspaaren konnten insgesamt 21 bzw. elf differentiell methylierte Loci bzw. Gene ermittelt werden (p<0,05; │∆β│≥0,05). Von diesen konnten zehn ausgewählte Loci nicht erfolgreich validiert werden, was primär der geringen statistischen Power zugeschrieben wurde. Dennoch wurden 2/21 Loci bzw. 3/11 Gene (SLC11A1, TMEM132D, TRIM10) bereits in anderen Studien mit einer veränderten Methylierung bei Nachtschichtarbeitern identifiziert, was eine mögliche Auswirkung der Nachtarbeit auf den veränderten Methylierungsstatus dieser Gene unterstreicht. Weiterhin konnten für einige der von differentieller Methylierung betroffenen Gene Assoziationen zu bekannten Risikofaktoren von Schichtarbeit, z.B. dem metabolischen Syndrom (CREB5), erhöhter Anfälligkeit für Infektionen (SLC11A1) sowie Angststörungen (SLC6A1, TMEM132D) gefunden werden.
Insgesamt lässt sich schlussfolgern, dass die untersuchten Einflussfaktoren mit spezifischen Veränderungen in der DNA-Methylierung korrelieren. Dabei konnten Loci und Gene aus den einzelnen Teilstudien bestätigt und zumindest die Beteiligung einiger der betroffenen Gene in einen entsprechenden plausiblen biologischen Kontext gebracht werden.
PI Kiel
ER