Вплив на вагу народжуваного при палінні матері протягом усієї вагітності, зумовлений метилюванням ДНК

Анотація

Передумови

Куріння сигарет має серйозні негативні наслідки для здоров'я дорослих та потомства матерів, які палять під час вагітності. Одним із найбільш поширених наслідків куріння під час вагітності є зниження маси тіла при народженні, що, в свою чергу, пов'язане з хронічними захворюваннями у зрілому віці. Дослідження, пов’язані з епігеномами, виявили, що курці демонструють характерний «характер метилювання куріння», і недавні автори припустили, що метилювання ДНК опосередковує вплив куріння матері на вагу при народженні. Метою цього дослідження було відтворити попередні звіти про те, що метилювання опосередковує вплив куріння матері на вагу при народженні, та вперше дослідити, чи спостерігаються ефекти посередництва специфічно для статі, щоб врахувати відомі різниці в рівні метилювання.

вагу

Методи

Рівні метилювання в пуповинній крові 313 новонароджених визначали за допомогою Beadchip Illumina HumanMethylation450K. Всього було протестовано 5527 сайтів CpG, відібраних на підставі літературних доказів. Щоб визначити, чи можна спостерігати зв'язок між курінням матері та вагою при народженні метилюванням, аналіз посередництва проводили для значущих місць CpG. Потім проводили окремі аналізи у чоловіків та жінок.

Результати

Після контролю якості в результаті аналізу залишилось 282 новонароджених. Загалом 25 мам постійно курили протягом усієї вагітності. Вага народжуваності новонароджених, матері яких палили протягом всієї вагітності, зменшилась> 200г. Після корекції для багаторазового тестування 30 CpG показали диференційоване метилювання у підгрупі материнського куріння, включаючи найвищі гени "структури метилювання куріння" AHRR, MYO1G, GFI1, CYP1A1, і CNTNAP2. Вплив куріння матері на вагу при народженні частково був зумовлений метилюванням cg25325512 (PIM1); cg25949550 (CNTNAP2); та cg08699196 (ITGB7). Секс-специфічні аналізи виявили посередницький ефект для cg25949550 (CNTNAP2) у новонароджених чоловіків.

Висновок

Наведені дані повторюють попередні висновки про те, що метилювання може опосередковувати вплив куріння матері на вагу при народженні. Аналіз ефектів посередницької залежності від статі свідчить про те, що стать новонародженого може мати вплив. Необхідно провести масштабніші дослідження, щоб дослідити роль як виявлених диференційовано метильованих локусів, так і статі новонародженого в опосередкуванні зв'язку між палінням матері під час вагітності та вагою при народженні.

Передумови

Імовірним механізмом, за допомогою якого вплив несприятливих внутрішньоутробних умов може негативно впливати на довгострокове здоров'я, є метилювання ДНК. Дослідження кандидатів на CpG та дослідження асоціацій на рівні епігенома (EWAS) виявили стійкі зв'язки між курінням та диференціальним метилюванням ДНК у дорослих [16,17,18]. Ряд досліджень також досліджував вплив куріння матері під час вагітності на структуру метилювання у нащадків. Ці дослідження включали підходи до генних та геномних кандидатів [19,20,21,22,23], а також EWAS [24,25,26,27,28,29,30,31]. У цих EWAS ряд диференційовано метильованих генів демонструє неодноразові та послідовні зв'язки [32,33,34]. П’ять найкращих генів AHRR, GFI1, MYO1G, CYP1A1, і CNTNAP2.

Попередні автори сформулювали гіпотезу про те, що куріння матері впливає на вагу при народженні шляхом індукованого курінням метилювання ДНК. Згідно з цією теорією диференціальне метилювання функціонує як посередник, тобто змінна, яка враховує частину зв'язку між предиктором та критерієм [35, 36]. Початкові аналізи для визначення того, чи метилювання ДНК є посередником між курінням матері та вагою при народженні, вже проводились. У цих дослідженнях був виявлений посередницький ефект для восьми CpG при аналізі пуповинної крові дитини [37] та двох CpG при аналізі плаценти [38].

Цілі цього дослідження полягали у відтворенні раніше повідомлених посередницьких ефектів метилювання на зв'язок між курінням матері та вагою при народженні та вперше дослідити, чи спостережувані ефекти посередництва є специфічними для статі. Аналізи були зосереджені на сайтах, пов’язаних з курінням, і були обмежені сайтами CpG з: (i) значним зв’язком з курінням у великому недавньому мета-аналізі [31]; або (ii) повідомлений посередницький ефект у зв'язку між курінням матері та вагою при народженні [37, 38].

Також були проведені аналізи, щоб визначити, чи були спостережувані ефекти посередництва специфічними для статі, оскільки: (i) рівні метилювання демонструють суттєві статеві відмінності [39]; (ii) спостережувані статеві відмінності присутні з народження [40], і (iii) різні моделі метилювання можуть мати різні результати.

Методи

Зразок опису

Дані для цього дослідження були отримані з дослідження POSEIDON ("Пре-, пери- та постнатальний стрес у нащадків людини та нелюдів: трансляційний підхід до вивчення епігенетичного впливу на депресію"). Детальний опис дослідження POSEIDON наведено в іншому місці [41]. Протокол дослідження був затверджений Комітетом з етики медичного факультету Мангейма Університету Гейдельберга, і дослідження проводилось відповідно до Гельсінкської декларації. Були проаналізовані дані 410 матерів та 405 немовлят, завербованих протягом третього триместру вагітності із лікарень Рейн-Неккар, Німеччина. Коротко, критеріями виключення матері для цього аналізу були: (i) анамнез гепатиту В, гепатиту С або ВІЛ-інфекції; (ii) будь-який поточний або попередній діагноз шизофренії або будь-якої залежності від речовини, крім нікотину; та (iii) будь-який поточний психічний розлад, що вимагає стаціонарного лікування. Критеріями виключення у нащадків були: вага при народженні 0,01) при більш ніж 1% позицій) були виключені. Зонди виключалися, якщо було дотримано будь-який із наступних критеріїв: кількість бісеру

Результати

Після технічного контролю якості загалом для аналізу було доступно 405 654 сайти та 311 осіб. Раніше повідомлялося про n = 5527 з цих сайтів CpG, пов’язаних із курінням (див. Вище), і тому вони були обрані для тестування на асоціацію. Після виключення передчасно народжених новонароджених та осіб, які отримували протидіабетичне лікування під час вагітності, остаточний обсяг вибірки становив n = 282 особи (138 чоловіків та 144 жінки). З них 13 чоловіків та 12 жінок були потомством матерів, які курили протягом усієї вагітності. Загальні характеристики учасників, включених до цього дослідження, наведені в додатковому файлі 1: Таблиця S1.

Вплив куріння матері на вагу при народженні

Середня різниця у вазі при народженні між групами, що палять і не палять, становила 209 г. У новонароджених курців середня вага при народженні становила 3267 г. У новонароджених некурящих середня вага становила 3476 г (див. Таблицю 1; див. Також Додатковий файл 1: Рисунок S2 для більш тонкозернистого порівняння між різними групами).

У новонароджених жінок (n= 144), середня вага при народженні була на 189 г нижчою в підгрупі куріння порівняно з підгрупою, що не палить, тобто вага при народженні була на 5,6% нижчою, коли матері курили. Однак ця різниця не досягла статистичної значущості. У новонароджених чоловіків (n= 138), середня вага при народженні була значно нижчою на 242 г у підгрупі куріння порівняно з підгрупою, що не палить, тобто вага при народженні була на 6,7% нижчою, коли матері курили (див. Таблицю 1).

Аналіз асоціації метилювання

Після корекції для багаторазового тестування загалом 30 сайтів CpG продемонстрували значне диференційоване метилювання в підгрупі куріння (див. Таблицю 2). Ці CpG відображають 13 генів (AHRR, CNTNAP2, CYP1A1, FRMD4A, GFI1, ITGB7, MIR548F3, MYO1G, PIM1, RNF157, SAMD3, TFEB, UNC45B).

EWAS щодо куріння не виявив подальших пов'язаних з епігеномом сайтів CpG (дані не наведені.

Не було значущої взаємозв'язку між методом екстракції ДНК та рівнями метилювання з використанням підходу лінійного моделювання, а також включення методів екстракції як коваріати (дані не наведені).

Медіаційний аналіз

З 30 сайтів CpG, виявлених у нашій вибірці диференційовано метильованим після куріння матері, було виявлено, що такі речовини опосередковують вплив паління матері на вагу при народженні: cg25325512 (PIM1, р = 0,005); cg25949550 (CNTNAP2, р = 0,008); та cg08699196 (ITGB7, р = 0,045). Спеціальний аналіз для цих трьох сайтів CpG показав, що cg25949550 (CNTNAP2, p = 0,022) опосередковував вплив куріння матері на масу тіла при народженні у новонароджених чоловіків (див. таблицю 3).

Генетичний аналіз результатів консорціуму EGG GWAS

В аналізі на основі генів, PIM1, CNTNAP2, і ITGB7 були перевірені на зв'язок з вагою при народженні. ITGB7 показав значну асоціацію (стор= 8,24x10 -7). PIM1 і CNTNAP2 не вдалося досягти номінальної значущості (р> 0,05). Значення р одного значення маркера SNP при ITGB7 локуси перераховані в Додатковому файлі 1: Таблиця S2.

Обговорення

Метою цього дослідження було відтворити висновок про те, що зв'язок між курінням матері та вагою при народженні опосередковується метилюванням, та дослідити, чи спостерігаються посередницькі ефекти специфічні для статі. Диференціально метильовані сайти CpG були виявлені в 13 генах, в тому числі AHRR, GFI1, MYO1G, CYP1A1, і CNTNAP2. Вони представляють перші п’ять диференціально метильованих генів, про які повідомлялося у дорослих курців [16,17,18, 60, 61], а також у попередніх дослідженнях новонароджених, які зазнали куріння матері [25,26,27, 31, 32, 37].

Гени PIM1, CNTNAP2, і ITGB7 не були причетні до попередніх EWAS ваги при народженні [69,70,71]. Однак під час генного аналізу генетичних даних, отриманих в результаті загальногеномного аналізу маси тіла при народженні Консорціумом EGG [58], автори цього дослідження виявили, що ITGB7 була сильно пов'язана з вагою при народженні (р = 4, 2х10 -7). Крім того, ITGB7 було встановлено, що це пов’язано з патофізіологією дитячого ожиріння серед латиноамериканців [72].

Оскільки відомо, що рівні метилювання є специфічними для статі вже при народженні, це дослідження включало аналіз посередницьких статей. Не дивно, що це свідчить про те, що посередницькі ефекти також можуть залежати від статі. Сайт CpG у CNTNAP2 мали більш виражений ефект у новонароджених чоловіків і не досягли значення у жінок. Можливі подальші посередницькі ефекти посередництва. Однак для їх виявлення потрібні більші зразки.

На відміну від попередніх досліджень, батьківський зріст був включений в число аналізів в даний аналіз, оскільки він мав помітний вплив на вагу при народженні в нашому дослідженні. Результати аналізу без цього коваріату справді отримали 45, а не 30CpG сайтів, пов'язаних з курінням. При посередницькому аналізі цих 45 сайтів CpG, додатковими стали ще три сайти PIM1 і CNTNAP2 (див. додатковий файл 1: таблиця S3). Визначити, чи є відповідні висновки правдивими чи помилково позитивними, є проблематичним і може бути вирішено лише шляхом проведення більш масштабних досліджень та метааналізу.

Це дослідження мало кілька обмежень з точки зору досліджуваного фенотипу куріння. Статус куріння було осмислено як дихотомізовану ознаку, і не було різниці між легкими та завзятими курцями. Крім того, куріння оцінювали за допомогою ретроспективних самозвітів, а не перспективних та об'єктивних показників, таких як рівень котиніну. Це могло призвести до заниження кількості мам, що палять, і, отже, до заниження прямого ефекту та завищення медіаційного ефекту від куріння. Про це явище нещодавно повідомили Валері та ін. у дослідженні норвезької когорти MoBa [73]. Однак ненадійне самозвітування про стан куріння в нинішній когорті малоймовірне з двох причин. По-перше, у випробовуваних були високі стосунки довіри, оскільки вони регулярно отримували акушерські послуги в рекрутингових центрах протягом усієї вагітності. По-друге, прямий вплив куріння на вагу при народженні в цій когорті (середнє зменшення ваги при народженні

200 г) була більш вираженою, ніж у дослідженні MoBa Валері та ін. (

90г). Частота неправдивих самозвітів, ймовірно, відповідає показникам, повідомленим у попередніх дослідженнях.

Висновки

Це дослідження підтверджує повідомлення про те, що метилювання ДНК може представляти біологічний механізм, за допомогою якого куріння матері впливає на вагу при народженні. Не дивно, що цей ефект може залежати від статі, як було запропоновано вперше в даних аналізах. Потрібні подальші дослідження, щоб дослідити роль виявлених диференційовано метильованих локусів у опосередкуванні зв'язку між палінням матері під час вагітності та вагою при народженні та їх роль у визначенні фенотипів нащадків у подальшому житті.