Abstract

Obiectiv

Expunerea la stres în timpul sarcinii poate programa susceptibilitatea la dezvoltarea obezității la descendenți. Scopul nostru a fost să stabilim dacă stresul matern prenatal (PNMS) datorat unui dezastru natural a fost asociat cu obezitatea copilului și să comparăm profilurile de metilare a ADN la copiii obezi față de cei neobezi la vârsta de 13 ani și jumătate. Femeile și copiii lor au fost implicați în studiul longitudinal al dezastrelor naturale - Proiectul Ice Strom, care a servit drept model uman pentru studierea PNMS. Sângele a fost colectat de la 31 de copii (inclusiv cinci copii obezi). Infinium HumanMethylation450 BeadChip Array a fost efectuat pentru analize de metilare a ADN-ului la nivelul genomului.

Rezultate

Rezultatele au demonstrat un model de metilare a ADN-ului asociat cu obezitatea, bine definit. Au existat 277 CpG, care corespund la 143 de gene, au fost metilate diferențial. Analizele IPA au relevat 51 de căi canonice, iar îmbogățirea căilor a fost implicată în funcția imună. Deși nu s-a găsit nicio asociere semnificativă între PNMS și obezitatea infantilă, datele preliminare din studiu au relevat modele de metilare asociate obezității la nivel de genom la copii.

Introducere

Obezitatea este o afecțiune multifactorială cauzată de interacțiunea complexă dintre factorii genetici și de mediu. Deoarece singura genetică nu poate explica pe deplin creșterea rapidă globală a obezității, mecanismele epigenetice au fost sugerate ca jucând un rol în etiologia sa [1, 2]. S-a sugerat că metilarea ADN-ului, cel mai bine înțeles mecanism epigenetic, este asociată cu dezvoltarea obezității.

Deoarece perioada intrauterină este recunoscută ca o fereastră critică de dezvoltare, expunerea la stres în această perioadă poate programa susceptibilitatea la dezvoltarea obezității. De exemplu, studiul olandez al foametei a arătat că condițiile adverse in utero au afectat foarte mult adipozitatea ulterioară și starea de risc metabolic [3]. Într-un alt studiu, indicele crescut de masă corporală (IMC) și procentul de grăsime corporală au fost observate la adulții tineri ale căror mame au suferit evenimente de viață stresante în timpul sarcinii [4]. În plus, dolul matern în timpul sarcinii a prezis rate crescute de obezitate a descendenților [5]. Mecanismul presupus poate fi acela că stresul matern prenatal (PNMS) induce cortizol excesiv care poate trece bariera placentară devreme și ar putea programa dezvoltarea fetală a funcționării metabolice prin axa HPA [6].

Textul principal

Metodă

Participanți

Pentru evaluarea copiilor la vârsta de 13 ani și jumătate în 2011, 36 de copii au fost de acord să furnizeze o probă de sânge. Probele de ADN de la doi copii nu au fost utilizate pentru analizele de metilare a ADN-ului din cauza concentrațiilor de ADN ale celulelor T foarte mici. Am identificat trei femei care au dezvoltat diabet gestațional, prin urmare, copiii lor au fost excluși pentru a evita efectele confuzive ale diabetului gestațional matern asupra metilării ADN-ului [10]. Un total de 31 de copii, inclusiv 5 obezi (4 băieți și 1 fată) și 26 non-obezi (14 băieți și 12 fete) au fost folosiți pentru analize suplimentare.

Greutatea obiectivă a fost evaluată cu chestionarul, care a fost publicat anterior în altă parte [11], prin măsurarea gravității evenimentelor legate de furtuni experimentate de femeile însărcinate cu patru categorii de expunere: Amenințare, Pierdere, Domeniu de aplicare și Schimbare. Fiecare dimensiune a fost notată pe o scară de la 0 la 8, variind de la nicio expunere la expunere ridicată. Un scor total de dificultăți obiective (Storm32) a fost calculat prin însumarea scorurilor din toate cele patru dimensiuni folosind abordarea lui McFarlane [12]. Suferința subiectivă a fost evaluată folosind o versiune franceză validată a Impact-Event Event Scale-Revised (IES-R) care a fost publicată anterior în altă parte [13]. Această scală de 22 de articole, utilizată pe scară largă pentru evaluarea suferinței după expunerea la traume, descrie simptome din trei categorii relevante pentru tulburarea de stres post-traumatică: gânduri intruzive, hiperarousal și evitare. Participanții au răspuns pe o scală Likert în 5 puncte, de la „Deloc” la „Extrem”, măsura în care fiecare comportament a descris cum s-au simțit în ultimele 7 zile.

Măsurile rezultatului copilului la vârsta de 13 ani și jumătate

În timpul unei evaluări față în față, măsurătorile de înălțime, greutate și talie au fost colectate urmând liniile directoare standard [14], repetând fiecare măsură de două ori și luând mijloacele. IMC-urile specifice sexului și vârstei (kg/m 2) au fost calculate pe baza referințelor de creștere ale Organizației Mondiale a Sănătății adaptate pentru canadieni (http://cpeg-gcep.net/content/who-growth-charts-canada). Copiii au fost clasificați ca obezi dacă au depășit percentila 97 a IMC.

Infinium HumanMethylation450 BeadChip Array

Extracția ADN din celulele T a fost efectuată folosind Wizard-Genomic-DNA-Purification-kit (Promega) conform instrucțiunilor producătorului. Infinium HumanMethylation450 BeadChip Array și analiza datelor au fost descrise anterior [15].

Analiza căii de ingeniozitate (IPA)

Genele metilate diferențial au fost clasificate de software-ul IPA. Pentru a calcula îmbogățirea genei, a fost utilizat testul exact al lui Fisher, cu coadă dreaptă. Funcții biologice cu o valoare p limită Tabelul 1 Rezumatul statisticilor descriptive ale caracteristicilor participanților la studiu ale probelor neobeze și obeze

Relația dintre PNMS și obezitatea infantilă

Deși mamele copiilor obezi au avut tendința de a avea PNMS obiective mai mari decât cele ale copiilor ne-obezi, aceste diferențe nu au fost suficient de mari pentru a fi considerate semnificative statistic. În mod similar, nu au existat diferențe semnificative în PNMS subiectiv între mamele copiilor obezi și cele ale copiilor ne-obezi (Tabelul 1).

Model de metilare a ADN-ului la nivelul genomului în grupul obez comparativ cu grupul non-obez

În total, s-au observat diferențe semnificative de grup în 277 de situri CpG (p Tabelul 2 10 situri CpG (FDR

adn-ului

Căi metilate diferențial legate de obezitate

Pe baza celor 143 de gene metilate diferențial între grupurile obeze și non-obeze, IPA a clasificat și a relevat 52 de căi canonice (Fișier suplimentar 2: Tabel S2). Funcțiile biologice ale acestor căi au fost implicate în mod predominant în sistemul imunitar. Calea de prezentare a antigenului, calea principală, a inclus 5 gene: NLRC5 (Domeniul NLR Family CARD care conține 5), HLA-DRB1 (Major Histocompatibility Complex, Class II, DR Beta 1), HLA-B (Complex major de histocompatibilitate, clasa I, B), TAP1 (Transporter 1, ATP Binding Cassette Subfamily B Member) și HLA-DRB5 (Complex major de histocompatibilitate, clasa II, DR Beta 5) care s-au dovedit a fi asociate cu obezitatea în studiul actual.

Discuţie

S-a sugerat că metilarea ADN-ului, cel mai bine înțeles mecanism epigenetic, este asociată cu dezvoltarea obezității. După cum este revizuit de Demetriou și colab. [16], studiile asupra obezității în copilărie sau adolescență demonstrează asocieri semnificative între IMC/obezitate din copilărie sau adolescență și metilarea ADN-ului în sângele periferic.

Rezultatele noastre au demonstrat un model bine definit de metilare a ADN-ului la nivelul genomului asociat cu obezitatea. Au existat 277 CpG, care corespund la 143 de gene care au fost diferențial metilate. Analizele IPA au relevat 51 de căi canonice și îmbogățirea căilor a fost implicată în funcția imună.

CpG cg16507569 de top cu FDR DBH) prezintă obezitate și metabolismul glucozei afectat [23,24,25].

Dintre cele 143 de gene metilate diferențial din acest studiu, HLA setul prezintă un interes deosebit. Sunt din ce în ce mai multe dovezi că HLA setul este asociat cu obezitatea. De exemplu, HLA-DQ s-a raportat că genotipul crește riscul de obezitate în rândul copiilor de 2-4 ani cu risc genetic de diabet de tip 1 [26]. În mod similar, HLA-DQ s-a constatat că genotipul este asociat cu IMC crescut la copiii cu diabet de tip 1 [27]. În plus, HLA s-a observat că genotipul interacționează cu starea IMC în raport cu riscul de apariție a sclerozei multiple [28].

Mai mult, am identificat 52 de căi canonice asociate obezității din cele 143 de gene care au fost metilate diferențial între grupurile obeze și non-obeze. Calea de sus a fost Calea de prezentare a antigenului. Este bine cunoscut faptul că calea de prezentare a antigenului de clasă I a histocompatibilității majore (MHC) joacă un rol important în modificarea sistemului imunitar ca răspuns la celulele infectate viral. Mai mult, s-a raportat că această cale joacă un rol esențial în inflamația adipoasă indusă de obezitate [29]. În mod similar, această cale a fost observată în țesutul adipos visceral la bărbații obezi discordanți pentru tulburări metabolice [30]. Interesant este că, comparând rezultatele noastre cu ultimul studiu, am observat 7 căi comune, inclusiv Calea de prezentare a antigenului, Semnalizarea bolii grefă contra gazdă, Semnalizarea bolii tiroidiene autoimune, Semnalizarea Cdc42, Maturarea celulelor dendritice, Apoptoza limfocitelor T indusă de calciu și Semnalizarea de Rho Family GTPases. Suprapunerea considerabilă la nivelul căii dintre constatarea noastră din celulele T și cea din țesutul adipos sugerează că țesutul din sângele periferic are o mare promisiune pentru aplicarea ulterioară a semnăturilor de metilare a ADN ale expunerilor psihosociale pentru determinarea biomarkerilor stării de metilare.

Este important să rețineți căile implicate în sistemul imunitar în studiul actual sunt proeminente. Funcțiile imune afectate au fost descrise atât la oameni, cât și la rozătoarele obeze genetic. Obezitatea a fost asociată cu inflamația, iar adipokinele modulează funcția imună [31]. Prin urmare, constatarea noastră că funcțiile imune au fost implicate în căile asociate obezității este în conformitate cu cea raportată în explorarea noastră recentă a imunității, în care am arătat că PNMS obiectiv a prezis semnificativ reduceri ale limfocitelor CD4 + și creșteri ale TNF-α, IL-1β, și IL-6, precum și o îmbunătățire a citokinelor Th2 IL-4 și IL-13 în cohorta Project Ice Storm [32] folosind aceleași extrageri de sânge ca și pentru studiul epigenetic. Prin urmare, descoperirea noastră prezintă dovezi care susțin rolul crucial și pe scară largă al sistemului imunitar asupra obezității.

Limitări

(1) Dimensiunea redusă a eșantionului de numai 5 copii obezi este o problemă majoră care limitează semnificația constatărilor; în plus, specificitatea de sex a metilării ADN-ului nu poate fi testată pe baza unei astfel de cohorte; (2) Nu avem acces pentru a detecta expresia genelor genelor relevante din cauza lipsei probelor de ARN; (3) Deși studiul actual a relevat diferențe de metilare asociate obezității la nivel de genom, nu putem trage concluzii cu privire la faptul dacă diferențele de metilare sunt cauza sau consecința obezității; (4) Deoarece ADN-ul analizat a fost obținut de la copii la vârsta de 13 ani și jumătate, nu putem exclude posibilitatea ca factorii de confuzie, cum ar fi anxietatea maternă prenatală, care diferă semnificativ între grupuri, să poată fi responsabili pentru rezultatele noastre atât asupra modelelor de obezitate, cât și asupra ADN-ului nivelurile de metilare. Pe scurt, studiile viitoare cu dimensiuni mai mari ale eșantionului sunt justificate pentru a aborda aceste probleme și sunt necesare investigații suplimentare pentru a testa mai bine cauzalitatea dintre metilarea ADN și obezitate.