Metilarea ADN-ului legată de obezitate la gene imprimate în sperma umană Rezultate din studiul TIEGER
Abstract
fundal
Reprogramarea epigenetică la gametii de mamifere resetează semnele de metilare care reglează expresia monoalelică a genelor imprimate. La bărbați, aceasta implică ștergerea semnelor de metilare maternă și stabilirea metilării specifice paternei pentru a ghida în mod adecvat dezvoltarea normală. Nu se cunoaște gradul în care factorii exogeni influențează fidelitatea reprogramării metilării. Am găsit anterior o asociere între obezitatea paternă și metilarea ADN-ului modificat în sângele din cordonul ombilical, sugerând că starea endocrină, nutrițională sau a stilului de viață al tatălui ar putea potența anomalii epigenetice ereditare intergeneraționale. În aceste analize, examinăm relația dintre excesul de greutate masculin/obezitate și starea de metilare a ADN-ului regiunilor de reglare ale genelor imprimate în gameți.
Metode
Modele de regresie liniară au fost utilizate pentru a compara procentele de metilare a ADN-ului spermatozoizilor, cuantificate prin pirozecvențiere bisulfită, la 12 regiuni metilate diferențial (DMR) de la 23 de bărbați supraponderali/obezi și 44 de bărbați cu greutate normală. Populația noastră de studiu a inclus 69 de voluntari din studiul Influența mediului asupra reprogramării epigenetice gametice (TIEGER), cu sediul în NC, SUA.
Rezultate
După ajustarea pentru vârsta și starea de fertilitate a pacientului, materialul seminal de la bărbații supraponderali sau obezi a avut procente de metilare semnificativ mai mici la nivelul MEG3 (β = -1,99; SE = 0,84; = 0,02), NDN (β = -1,10; SE = 0,47; = 0,02), SNRPN (β = -0,65; SE = 0,27; = 0,02) și SGCE/PEG10 (β = -2,5; SE = 1,01; = 0,01) DMR. Datele noastre sugerează în continuare o ușoară creștere a metilării ADN-ului la MEG3-IG DMR (β = +1,22; SE = 0,59; = 0,04) și H19 DMR (β = +1,37; SE = 0,62; = 0,03) la sperma bărbaților supraponderali/obezi.
Concluzii
Datele noastre susțin că statutul de supraponderalitate/obezitate la bărbați este trasabil în epigenomul spermei. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înțelege efectul unor astfel de modificări și punctul de origine al diferențelor de metilare a ADN-ului între bărbații slabi și supraponderali/obezi. Împreună cu rapoartele noastre anterioare privind obezitatea paternă și schimbările epigenetice la descendenți, studiile noastre au stabilit bazele pentru viitoarele studii care investighează aberațiile de metilare gametică masculină datorate factorilor de stil de viață paterni, cum ar fi obezitatea.
fundal
Corpul de cercetări care susține ipoteza că bolile cronice la adulți, cum ar fi diabetul de tip II, tulburările metabolice și obezitatea, au origini timpurii au crescut în câmpul emergent al originilor dezvoltării sănătății și bolilor (DOHaD) [1]. Având în vedere creșterea epidemiei de obezitate, rolul obezității parentale în influențarea dezvoltării descendenților a devenit de un interes deosebit [2, 3]. Relația dintre influențele materne legate de dietă și obezitate și rezultatul descendenților a fost observată în multe studii [4-6], dar au fost comparativ mai puține cercetări cu privire la rolul taților. Cu toate acestea, un consens în creștere este de acord că influența factorilor paterni, în special a obezității, asupra sănătății descendenților nu ar trebui trecută cu vederea [3, 7-9].
Lucrările noastre anterioare privind cohorta de studiu nou-născut epigenetic (NEST) au arătat că nou-născuții părinților obezi au un epigenom modificat sub formă de profiluri de metilare modificate la unele regiuni de reglare a genelor imprimate [24, 25]. Genele imprimate diferă de alte gene reglate epigenetic prin faptul că semnele lor epigenetice și tiparele de expresie sunt dependente de părinte de origine, iar aceste tipare sunt transferate cu fidelitate și consistență, rezultând o expresie monoalelică [26, 27]. Marcajele de amprentă rezistă reprogramării epigenetice globale care are loc după fertilizare, înainte de specificarea stratului de germeni, permițând efectiv descendenților să moștenească orice modificări ale acestor semne de metilare stabile de la părinți [7]. Astfel, genele imprimate sunt candidați ideali pentru a investiga contribuțiile paterne dobândite timpuriu la epigenomii descendenți.
Pentru a lega definitiv obezitatea paternă de modificările de metilare ale descendenților, astfel de modificări trebuie să se regăsească în sperma tatălui. Examinarea celulelor spermatozoide permite studierea posibilelor modificări în stabilirea epigenomului gamet mic înainte de orice influență și modulare din factorii materni și in uter mediu inconjurator. Studiile la animale au fugit deja pentru a lega anomaliile epigenetice și fenotipice ale descendenților de modificările epigenetice paterne corespunzătoare ale spermei. Wei și colab. au constatat că șoarecii masculi cu rezistență la insulină indusă și glucoză la jeun afectată aveau descendenți cu susceptibilitate crescută la diabet și modele modificate de metilare în insulele pancreatice care se potriveau cu metilarea modificată a spermei de la părinții lor [20].
La populațiile umane s-au făcut foarte puține cercetări care să lege obezitatea paternă de modificările epigenetice specifice ale spermei. Scopul acestui studiu a fost de a determina dacă există sau nu o relație între supraponderalitatea/starea obezității și profilurile de metilare în spermatozoizi la 12 regiuni imprimate. Genele noastre de interes includ gena 3 exprimată maternal (MEG3), gena 1/transcript specific mesodermului exprimat paternal (PEG1/CEL MAI BUN), factor de creștere asemănător insulinei 2IGF2), H19, proteina 10 legată de receptorul factorului de creștere (GRB10), neuronatinăNNAT), necdin (NDN), polipeptida N ribonucleoproteică nucleară mică (SNRPN), sarcoglican epsilon (SGCE)/gena 10 exprimată paternalPEG10), gena 3 exprimată paternalPEG3), și adenomul pleiomorf genei 1 (PLAGL1). Aceste gene imprimate sunt efecte de creștere, importante în creșterea embrionară și fetală timpurie și/sau reglarea creșterii tumorii.
Metode
Participanții la studiu și colectarea datelor
Colectarea specimenelor
Voluntarii au fost rugați să doneze material seminal, urină și probe de sânge. Li s-a cerut să se abțină de la ejaculare timp de cel puțin 3 zile, dar nu mai mult de 10 zile înainte de vizita lor. Sperma a fost colectată la fața locului prin masturbare fără utilizarea lubrifianților într-un recipient steril de colectare a polipropilenei (Cardinal Health, Dublin, OH). Manualul de laborator al Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) pentru examinarea și prelucrarea semenului uman Ediția a 5-a a fost menționată pentru valori normale [28]. Semenul a fost analizat pentru parametrii clinici standard după lichefiere, nu mai târziu de 60 de minute de la colectare. După finalizarea acestor analize clinice ale spermatozoizilor, probele au fost supuse unei centrifugări în grad de ISolat în doi pași (Irvine Scientific) pentru a selecta o populație mobilă îmbogățită în morfologie normală. Acest gradient de silice coloidală, format dintr-un strat inferior de 90% și un strat superior de 50%, este preparat prin adăugarea secvențială a 1,5 ml din fiecare la un tub conic de polistiren de 15 ml. Proba de spermă a fost pipetată deasupra stratului superior și centrifugată la 200 ×g timp de 15 minute. Soluția de gradient a fost îndepărtată și sperma peletată congelată și depozitată la -80 ° C pentru analize ulterioare de metilare a ADN-ului.
Analiza metilării ADN-ului
Au fost examinate regiunile diferit metilate (DMR) asociate cu următoarele gene: Cele două DMR analizate pentru DLK1/MEG3 domeniul imprimat a constat din MEG3-IG DMR (4 site-uri CpG) și MEG3 DMR (8 site-uri CpG) (chr 14q32.2). Regiunea din amonte de IGF2 promotorii genelor imprimate au inclus trei dinucleotide CpG (chr 11p15.5). DMR pentru H19 a inclus patru site-uri CpG (chr 11p15.5). Au fost de asemenea testați următorii DMR promotori genici: GRB10 (6 site-uri CpG) (chr 7p12.2), NDN (6 site-uri CpG) (chr 15q11.2), NNAT (3 site-uri CpG) (chr 20q.11.2), PLAGL1 (6 site-uri CpG) (chr 6q24), SGCE/PEG10 (6 site-uri CpG) (chr 7q21.3), SNRPN (4 site-uri CpG) (chr 15q11.2), PEG1/MEST (4 site-uri CpG) (chr 7q21.3) și PEG3 (10 site-uri CpG) (chr 19q13.43) [29, 30].