DNA甲基化不足影響水腫性嚴重急性營養不良
欄目:最新研究動態 發布時間:2020-04-02
兒童急性ESAM沒有明確的分子或遺傳相關性;然而,ESAM和NESAM在1-碳循環的組成代謝物的通量具有生化差異......

   嚴重急性營養不良(SAM)每年直接或間接導致數百萬的5歲以下兒童死亡。SAM有兩種表型-水腫SAM(ESAM),其包括kwashiorkor and marasmic-kwashiorkor的癥狀,和非水腫SAM(NESAM)或消瘦的癥狀。NESAM通常以體重減輕和消瘦為特征,而ESAM則以雙側點性浮腫的存在為特征,并且通常具有更明顯,更嚴重的多器官功能障礙,包括肝,造血和胃腸道功能障礙,以及皮膚和頭發異常。
   兒童急性ESAM沒有明確的分子或遺傳相關性;然而,ESAM和NESAM在1-碳循環的組成代謝物的通量具有生化差異。在穩態補料期間,盡管仍然病重,但ESAM患者在將甲硫氨酸轉化為S-腺苷甲硫氨酸(SAM)時,其必需氨基酸甲硫氨酸的濃度明顯降低,且甲基基團和總甲硫氨酸通量顯著降低。SAM-e是細胞組分甲基化所需的甲基的主要來源,包括DNA的甲基化在有絲分裂期間。從SAM恢復后,未觀察到ESAM和NESAM在1碳代謝上的這些差異,這意味著營養和飲食的恢復涉及急性病期間生化變化的逆轉。雖然以前的研究表明,在個人改變DNA甲基化與嚴重急性營養不良的歷史更普遍的,沒有人比較過水腫和非水腫形式的SAM之間的DNA甲基化,特別是在急性疾病期間。由于僅在急性營養不良時才表現出兩種形式的SAM的表型差異,因此在急性疾病期間發生的伴隨分子變化可能潛在地突出了不同病理生理的重要驅動因素。我們假設在有絲分裂率高的細胞中,與NESAM對應者相比,患有ESAM的重癥兒童的DNA甲基化程度較低,而恢復的SAM個體之間的甲基化差異則不會那么明顯。考慮到DNA甲基化,基因調控和序列變異之間的相互關系,
   2019年12月,Katharina V Schulze等人在nature communications發表一篇 “Edematous severe acute malnutrition is characterized by hypomethylation of DNA.”的SCI文章。在這篇文章里,作者使用450 K微陣列評估309名SAM兒童的口頰細胞的全基因組DNA甲基化。相對于NESAM,ESAM的特征是多個明顯的甲基化程度較低的基因座,這在SAM恢復的成年人中未觀察到。基因表達和甲基化顯示正相關和負相關,表明對SAM的復雜轉錄反應。次甲基化基因座與營養和代謝異常有關,包括脂肪肝和糖尿病,并且似乎受到遺傳變異的影響。作者的表觀遺傳學發現為ESAM中報道的異常1-碳代謝提供了潛在的分子聯系,并支持在ESAM疾病中考慮補充甲基治療。
整個隊列位置和時間點的采樣時間表概述:

   該樣本來自Malawi and Jamaica-309名預期招募的急性病兒童(DC);65名來自牙Jamaica的成年SAM幸存者,他們是在在急性營養不良事件發生后16年或更長時間后招募的(DL)。

一、DNA的甲基化不足是急性ESAM的特征

   ESAM中的DNA低甲基化。a將每個基因座的基因組位置相對于其-log 10(P值)作圖。從內環到最外環,分別是恢復(DL)單點,急性(DC)單點和基于DC簇的差異甲基化結果。紅線表示每次分析的Bonferroni重要閾值。黑色(N ?= 157)和紅色點(N ?= 166)在各自的分析中均通過了顯著性閾值。繪圖周圍的基因符號表示甲基化顯著差異的簇(外環)的10 kb之內的基因。藍色的基因符號在ESAM中被低甲基化,橙色的基因符號被高甲基化。b所有DC單個站點之間的影響大小的火山圖。C Malawi and JamaicaDC樣本在N ?= 157個Bonferroni顯著單CpG位點的效應大小和調整后的統計顯著性的一致性;在每個國家/地區的分析中,有十個站點對年齡敏感,因此被忽略(方法)。所有P值均基于回歸分析的t檢驗結果。
結果:與NESAM相比,在166個重要DMC中,除兩組中共有的差異甲基化簇DMC外,其他所有分子均被甲基化。

二、低甲基化對基因表達有不同的影響

   基因特征富集和表達分析。A 通過對急性營養不良兒童的分析,對顯著差異甲基化簇(DMC)中的CpG探針進行了基因注釋富集分析。通過耗竭或富集的超幾何測試比較P值,比較?所有被測試的背景CpG探針的N = 420,500和?DMC 中N = 630 CpG探針的子集。B在另外20名患有SAM的Malawi兒童中,在重要DMC內的各個CpG探針處,平均甲基化與10 kb內高表達基因的平均表達之間的個體內相關(Spearman)。水平黑條表示中位數相關系數,虛線表示零相關性,虛線表示閾值,超過該閾值相關性達到統計顯著性(算法AS 89 t檢驗,P ?<0.05)。5'UTR:5-prime非翻譯區,TSS1500:距轉錄起始位點1500 bp以內,TSS200:距轉錄起始位點200 bp以內,3'UTR:3-prime非翻譯區,IGR:基因間區。C .DMC重疊MED24中 SAM類型的beta值甲基化水平(左圖,N ESAM ?= 164個樣本,N NESAM ?= 145個樣本)旁邊的散點圖顯示了含DMC 的MED24中探針的甲基化水平與MED24的表達值之間的關系(中圖和右圖)。灰色虛線表示線性模型擬合,而rho值表示Spearman相關系數。
   結果:DMC內的CpGs在基因體上顯著富集(即編碼外顯子和內含子;超幾何檢驗,P ?<1.4×10 -6),并且在轉錄起始位點(TSS)上游和第一個外顯子的調節區相對減少。在其他基因區域,特別是在基因體上,CpG甲基化與基因表達顯示出顯著的正相關和負相關,表明對急性損傷的轉錄反應比原先預期的更為復雜。

三、差異甲基化基因座與營養和代謝有關

   ESAM中的疾病基因富集。A垂直軸上顯示了GWAS目錄(方法)中的實驗因子本體論(EFO),其中ESAM差異甲基化簇(DMC)中代表兩個或多個基因,并根據它們共享的父EFO進行了分組。疾病和基因之間的重疊由陰影框指示。與每個框相關的顏色鍵代表列出的EFO的每個基因的全基因組有效SNP數。B通過研究DMC(SGO;垂直軸)和人類表型本體(HPO)中與kwashiorkor相關的表型(KGO;水平軸)豐富的基因本體的加權富集值。默認情況下,在KGO列表中找不到的SGO的值為0,在KGO列表中和兩個列表的前四分位數中找到的SGO的值均為1。 SGO任期前的數字,并基于其總加權濃縮得分。作者對DMC所涵蓋的單個基因的更仔細的檢查揭示了一些對總體營養尤其是ESAM表型具有潛在重要性的候選基因。

四川快乐十二投注