DNA甲基化（DNA methylation，DNAm）是最常见的表观遗传修饰，它调节基因的表达，具有动态的和组织特异性的特点，在调控染色质结构，基因表达调控和细胞命运决定等关键生物学过程中发挥着重要作用。DNA甲基化具有可塑性，对环境变化和衰老高度敏感，在调控染色质结构，基因表达和细胞周期调节起着关键作用，参与了人类发育、衰老、基因组印记和抑癌基因失活等多种关键生物学过程。本期我们整理了孟德尔随机化研究DNA甲基化领域的5篇文章，可以看看如何通过孟德尔随机化研究DNA甲基化。
1、脂肪细胞的综合基因组分析涉及人类肥胖和糖尿病的DNA甲基化（16+）
背景：DNA甲基化变异在人类肥胖中很普遍，但在疾病发病机制中的致病作用的证据有限。在这里，结合表观基因组关联和整合基因组学研究脂肪细胞DNA甲基化变异对人类肥胖的影响。
方法与结果：发现广泛的DNA甲基化变化与肥胖密切相关（N=190个样本，皮下脂肪细胞有691个位点，内脏脂肪细胞有173个位点，P<1×10-7）。将肥胖相关的甲基化变异与超过500个靶基因的转录组变化联系起来，并确定了假设的甲基化-转录因子相互作用。通过孟德尔随机化，在59个独立的基因座上推断了甲基化对肥胖和肥胖引起的代谢紊乱的因果影响。靶向甲基化测序、CRISPR 激活和基因沉默在脂肪细胞中进一步鉴定区域甲基化变异、潜在的调控元件和新的细胞代谢效应。研究结果表明，DNA甲基化是人类肥胖及其代谢并发症的重要决定因素，并揭示了甲基化改变可能影响脂肪细胞功能的机制。
2、脑白质MRI高信号的表观遗传学和综合交叉组学分析（14+）
背景：MRI显示脑白质高信号是脑小血管疾病的标志物，是痴呆和卒中的主要危险因素。尽管成功鉴定了与这种高度遗传性疾病相关的多种遗传变异，但其遗传结构仍不完全清楚。更具体地说，DNA甲基化的作用很少受到关注。
方法：调查了来自14个社区研究的9732名中老年人血液中约45万个胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）位点的白质高强度负担与DNA甲基化之间的关系。进行了单CpG和基于区域的关联分析。进行了功能注释和综合交叉组学分析，以确定DNA甲基化与白质高强度之间关系的新基因。
结果：发现了12个单CpG和46个基于区域的DNA甲基化与白质高强度负荷有关。最重要的发现单个CpG cg24202936（P=7.6×10-8）与血液中F2的表达相关（P=6.4×10-5），并与脑中FOLH1的表达共定位（后验概率=0.75）。差异甲基化区域位于PRMT1和CCDC144NL-AS1，这两个区域也代表了单个CpG关联（分别为cg17417856和cg06809326）。孟德尔随机化分析推测cg06809326与白质高负荷相关（P=0.03），CCDC144NL-AS1的表达可能介导了这种关联。差异甲基化区分析、联合表观遗传关联分析和多组学共定位分析一致确定了DNA甲基化在SH3PXD2A附近的作用，SH3PXD2A是先前在白质高强度的全基因组关联研究中发现的一个位点。基因集富集分析揭示了鉴定的DNA甲基化位点在血脑屏障和免疫反应中的功能。整合交叉组学分析鉴定出19个关键调控基因，涉及细胞外基质组织、脂质和脂蛋白代谢的两个网络。一项药物重新定位分析表明，抗高脂血症药物，更具体地说是过氧化物酶体增殖物激活受体-α，可能是白质高信号的靶药物。
结论：全表观基因组关联研究和综合交叉组学分析暗示了影响白质高强度负荷的新基因，这些基因聚集在与免疫反应和血脑屏障受损相关的途径上，可能是由于细胞间和细胞间基质相互作用的破坏。结果还表明，抗高脂血症治疗可能有助于降低白质高信号的风险，这可能是通过防止血脑屏障被破坏来实现的。
3、DNA甲基化分析用于鉴定与血液循环纤维蛋白原水平相关的新基因位点（10+）
目的：通过EWAS检测血液DNA甲基化水平与循环纤维蛋白原水平之间的关系，以更好地了解其生物学和病理生理作用。
方法：对18037名白人、黑人、美洲印第安人和西班牙裔参与者进行了循环纤维蛋白原水平的全表观基因组关联研究，代表了基因组流行病学联盟心脏与衰老研究队列中的14项研究。在12904名参与者中使用Illumina 450K阵列和5133名参与者中使用EPIC阵列测量循环白细胞DNA甲基化。在每项研究中，使用线性混合模型对潜在混杂因素进行了调整，进行了纤维蛋白原的全表观基因组关联研究。使用阵列特异性荟萃分析结合研究特异性结果，然后交叉复制表观基因组范围内的显著关联。比较有和没有CRP调节的模型，以检查炎症的作用。
结果：分别从450K（p<1.03×10-7）和EPIC阵列（p<5.78×10-8）中鉴定出208个和87个与纤维蛋白原水平相关的CpG位点。在EPIC阵列中复制了来自450K阵列的78个关联，反之则有26个关联。在考虑重叠位点后，在61个基因座中有83个重复的CpG位点，其中只有4个是先前报道的纤维蛋白原。位于这些CpG位点附近的基因有参与炎症通路的SOCS3和AIM2。所有83个重复CpG位点的相关性在CRP调整后减弱，尽管许多位点仍然显著。
结论：确定了83个与循环纤维蛋白原水平相关的CpG位点。这些关联部分是由纤维蛋白原和CRP共享的炎症途径驱动的。
4、氧化应激基因表达、DNA甲基化和肠道微生物群相互作用触发克罗恩病：一项多组学孟德尔随机研究（9+）
背景：氧化应激（OS）是克罗恩病（CD）的重要病理生理机制。OS相关基因可受到环境因素、肠道炎症、肠道菌群和表观遗传变化的影响。然而，OS作为潜在的CD病因或触发因素的作用尚不清楚，因为CD中差异表达的OS基因可能是肠道炎症的原因或随后的变化。在此，使用基于多组学汇总数据的孟德尔随机化（SMR）方法来确定CD中OS基因的推定因果效应和潜在机制。
方法：从GeneCards数据库中提取OS相关基因。从Gene Expression Omnibus（GEO）数据库收集肠道转录组数据，并进行荟萃分析，以确定与CD中OS相关的差异表达基因（DEGs）。使用SMR方法对来自血液的表达数量性状位点（eQTLs）和DNA甲基化QTLs（mQTLs）的最大的CD全基因组关联研究（GWAS）摘要进行整合分析，以优先考虑与CD风险相关的推定血液OS基因及其调控元件。整合最新的肠道eQTL和粪便微生物QTL（mbQTLs），通过SMR和共定位分析揭示宿主OS基因表达与肠道微生物群之间潜在的相互作用。另外两种孟德尔随机化（MR）方法用于敏感性分析。假设结果在中山大学第一附属医院（FAH-SYS）的独立多组学队列中得到验证。
结果：一项来自6个数据集的荟萃分析从817个OS相关基因中鉴定出438个OS相关基因，这些基因在CD患者的肠上皮细胞中富集。使用三步SMR方法，从血液组织中优选出5个基因作为候选CD病因基因：BAD、SHC1、STAT3、MUC1和GPX3。此外，SMR分析还确定了5个可能的肠道基因，其中3个通过共定位分析参与了基因-微生物群的相互作用：MUC1、CD40和PRKAB1。验证结果显示，88.79%的DEG在FAH-SYS队列中被重复。FAH-SYS队列中muc1-嗜酸芽孢杆菌和prkab1-大肠杆菌对之间的关联与eQTL-mbQTL共定位一致。
结论：这项多组学整合研究强调了导致CD的OS基因受DNA甲基化和宿主-微生物群相互作用的调控。这为未来有针对性的功能研究提供了证据，旨在开发合适的治疗干预和疾病预防。
5、利用双向双样本孟德尔随机化研究DNA甲基化与2型糖尿病之间的因果关系（8+）
目的：一些研究已经确定了2型糖尿病和DNA甲基化（DNAm）之间的联系。然而，这些关联的因果关系尚不清楚。本研究旨在为DNAm与2型糖尿病之间的因果关系提供证据。
方法：使用双向双样本孟德尔随机化（2SMR）来评估58个CpG位点的因果关系，这些位点之前在欧洲人群中流行的2型糖尿病的全表观基因组关联研究（meta-EWAS）的荟萃分析中检测到。从最大的全基因组关联研究（GWAS）中检索2型糖尿病和DNAm的遗传代用物。还使用雅芳父母与儿童纵向研究（ALSPAC，UK）的数据，因为在更大的数据集中没有相关的数据。确定62个独立的SNP作为2型糖尿病的代表，39个甲基化数量性状位点作为58个2型糖尿病相关CpGs中的30个的代表。在2SMR分析中，应用Bonferroni校正进行多重检验，并根据2型糖尿病与DNAm方向的p<0.001和相反DNAm与2型糖尿病方向的p<0.002来推断因果关系。
结果：发现了强有力的证据，证明DNAm在cg25536676（DHCR24）位点与2型糖尿病有因果关系。DNAm在该位点转化残差的增加与2型糖尿病风险增加43%（OR 1.43，95% CI：1.15-1.78，p=0.001）相关。推断了剩余CpG位点评估的一个可能的因果方向。计算机分析显示，所分析的CpGs在表达数量性状甲基化位点（eQTMs）和特定性状上富集，这取决于2SMR分析预测的因果关系方向。
结论：确定了一个与脂质代谢相关的基因（DHCR24）的CpG定位，作为2型糖尿病风险的一个新的因果生物标志物。在观察性研究（BMI、腰围、高密度脂蛋白胆固醇、胰岛素）和孟德尔随机化分析（低密度脂蛋白胆固醇）中，同一基因区域内的CpGs与2型糖尿病相关特征有关。因此，假设DHCR24中的候选CpG可能是已知可改变危险因素与2型糖尿病之间关联的因果中介。应该实施正式的因果中介分析来进一步验证这一假设。
转自：“朗盟医学”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
