Epigenetisch epidemiologisch onderzoek - PowerPoint PPT Presentation

yosefu
epigenetisch epidemiologisch onderzoek n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Epigenetisch epidemiologisch onderzoek PowerPoint Presentation
Download Presentation
Epigenetisch epidemiologisch onderzoek

play fullscreen
1 / 44
Download Presentation
Epigenetisch epidemiologisch onderzoek
202 Views
Download Presentation

Epigenetisch epidemiologisch onderzoek

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Epigenetisch epidemiologisch onderzoek Rudolf Talens PHD epigenetische epidemiologie Dept. Molecular Epidemiology Leiden University Medical Center

  2. Opbouw presentatie • Epigenetica wat is het • Epigenetisch onderzoek • Epigenetica in epidemiologisch onderzoek • Epigenetica in de klas

  3. Wat is Epigenetica • Wat denken jullie?

  4. Biochemische benadering 2 m chromosoom in celkern < 10 µm Opvouwen (CONDENSATIE!) Ruggengraat = PO3-  Neutraliseren Wikkelen rondom histon eiwitten Histonen + DNA = nucleosoom Kleine chemische groepen aan Histon staarten Attractie, hogere condensatie  gesloten chromatine Repulsie, minder condensatie  open chromatine Condensatie beperkt toegankelijkheid transcriptie Het hele genoom niet gelijkmatig gecondenseerd http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=gbSIBhFwQ4s

  5. Fysiologische benadering • Ons lichaam bestaat uit vele cel typen • Functioneel en morfologisch heel anders • Allemaal uit één zygote  zelfde genoom • Niet-genetische Informatie voor cel identiteit • Epi = op!  boven-genetische informatie • Embryogenese en differentiatie kennen enorme epigenetische veranderingen (Reik, 2007)

  6. Biologische benadering • Niet elk gen / allel komt tot expressie • Gen expressie verschillen tussen isogene individuen • Bv 1e gekloonde kat (cc, DNA donor: rainbow) • Beide lapjeskatten, let op vacht! • X-chromosoom inactivatie • In vroege ontwikkeling één allel uitgezet • Willekeurige beslissing wordt correct doorgegeven • Zorgt voor mozaïek (lapjes patroon vacht) • Gekloonde Lapjeskatten ander vacht patroon

  7. Wat is epigenetica? • Biochemische informatie op en rondom het DNA dat plaatselijk de mate van condensatie van het chromosoom bepaalt • Onafhankelijk van de genetische code • Programmeerbaar gedurende ontwikkeling en cel differentiatie • Mitotisch overerfbaar • Stabiel in gedifferentieerde cel • Verandering blijft mogelijk • Aanpassing gen expressie aan omgeving

  8. Definitie • Mitotisch overerfbare verschillen in gen expressie potentiaal die niet worden veroorzaakt door verschillen in de genetische code (Jaenisch & Bird, 2003)

  9. Epigenetische informatie • Verschillende gecorreleerde lagen / vormen

  10. Transcription Activator complex miRNA DNMT Transcriptionallysilent DNA M --CG-- --GC-- M Exon 2 Exon 2 Exon 1 Exon 1 Methylated Lys9 on H3 Transcriptionallyactive DNA HDAC HDAC MBP Methylated Lys4 on H3 Acetylated H3 Epigenetische regulatie gen expressie https://www.youtube.com/watch?v=29doT6Hf2MI&feature=player_detailpage

  11. Epigenetische mechanismen • Vergelijk genetische code met computer code • Dan is epigenetische code besturingssysteem • Epigenoom is dynamisch (i.t.t. genoom) • Omgeving heeft invloed • Geïnduceerd fysiologisch proces (bv wondgenezing) • Gericht  aanpassing aan omgeving (bv eetgedrag) • Willekeurig  schade (bv toxische blootstelling) • Willekeurige veranderingen zonder omgevingsinvloed • Incorrect epigenetisch onderhoud

  12. Gen  Ziekte Gen  Omgeving + Kans  Ziekte Gen  Omgeving  Ziekte

  13. Concepten rondom epigenetica • Welke concepten zijn er nu voorbij gekomen? • Welke had je al bedacht? • Welke zijn er nieuw?

  14. Epigenetisch onderzoek • Meten epigenetische informatie • DNA methylatie (CpG sites) • meest onderzochte laag van epigenetische informatie • Methyl gevoelige restrictie enzymen • Methylated DNA immunoprecipitation • Bisulfiet (BS) behandeling • Histon modificaties • Technisch steeds meer mogelijk • CHIP: chromatine immunoprecipitation (sequencing) Verouderd Meest gebruikt

  15. Meten DNA methylatie (BS) • Bisulfiet creëert artificiële SNP • Ongemethyleerde C wordt U (T) • gemethyleerde C blijft C • Detecteren met gangbare sequencing technieken • DNA methylatie: • 1 molecuul: binair (wel of niet) • 1000 moleculen: (0 % – 100 %) • 2 allelen / cel, meten 500 cellen • Kwantitatieve variabele • Inter-individuele variatie BS PCR Talens et al., Faseb J. 2010

  16. Meten DNA methylatie • Epigenetisch onderzoek complexer dan genetisch • 1 lichaam, 1 genoom, geen weefsel verschillen • 1 leven, 1 genoom, zelfde genen van geboorte tot dood • Elke Levensstijl, 1 genoom, wat je doet beïnvloed genen niet • Elke ziekte, 1 genoom, ziekte veranderd je genen niet (causatie) • Sequentie humaan genoom bekend • UCSC genome browser

  17. Epigenetisch onderzoek • Humaan epigenetisch onderzoek lastig • Veel genetische variatie • Beperkt aantal weefsel beschikbaar voor onderzoek • Geen controle over levensstijl / leef omgeving • Dier modellen • Inteelt populatie, geen genetische variatie • Controle over omgeving • Elk weefsel op elk moment toegankelijk

  18. Dier modellen: de Agouti muis • Normale expressie agouti gen • Kort in haar follicel voor gele gloed op zwart haar • Toevallige transposon insertie creëerde alternatieve promoter in niet coderend deel • Expressie Avy via ps1A promoter mogelijk in elke cel • Afhankelijk van ps1A DNA methylatie

  19. Dier modellen: de Agouti muis • Inteelt model voor epigenetische regulatie • Isogene individuen • DNA methylatie fenotypisch verschil • Vachtkleur en obesitas = observeerbaar fenotype • Fenotypisch spectrum gecorreleerd aan epigenetica unmethylated methylated Waterland & JirtleMCB2003; Dolinoy et al. EHP 2006

  20. Dier modellen: de Agouti muis • DNA methylatie ps1A promoter prenataal beïnvloedbaar (folium) • Verschuiving vachtkleur nest • Eiwit deficiëntie ook • Hersteld met folium Waterland & JirtleMCB2003 Dolinoy et al. EHP 2006

  21. Andere diermodellen • Schapen folium arm dieet in pre implantatie fase: • blastulas van controle en dieet moeders werden op overgebracht en geïmplanteerd in baarmoeder van normaal gevoede schapen (Sinclair PNAS 2007) • Folium arm dieet geassocieerd met • Genoom wijde epigenetische verschillen in foetus • Vettere mannetjes (22 mnd.) met minder spier massa • Slechtere insuline respons • Ratten • Prenatale calorische restrictie tegengesteld effect van prenatale eiwit restrictie op zelfde genen (PPARα en GR)

  22. Epigenetica en stress? • Rat model kinderverwaarlozing • Minder moederzorg  hogere stress respons • Hogere DNA methylatieGlucocorticoid receptor • Gekruiste opvoeding zelfde effect • Terugdraaien met inhibitie histondeacetylase • Zelfde mechanisme in muizen a.g.v. stress vroeg in leven • Methylatie gen arginine vasopressin • Ook in mensen a.g.v. kindermishandeling • Hersenen van zelfmoord slachtoffers Weaver et al. Nat Neurosci 2004. Murgatroydet al. Nat neurosci 2009 McGowanet al. Nat neurosci 2009

  23. celkweek • DNA methylatie verandert willekeurig • 2 Cellijnen in kweek • Zelfde originele cel • Zelfde omstandigheden • 100 + passages Landan et al. Nat Genet 2012

  24. Humaan epigenetisch onderzoek • Humane interne weefsels na operatie of autopsie • Populatie studies  epidemiologie • Historische gebeurtenis (b.v Hongerwinter) • Familie studies (bv Tweelingen) • Klinische cohorten (bv hartinfarct • Meestal slechts 1 bloedmonster / deelnemer beschikbaar! • Voorwaarden epigenetische epidemiologie • Wat je meet is niet / weinig veranderd met de tijd • Wordt niet beïnvloed door de uitkomst (bv ziekte) • Is wat je kunt meten gerelateerd aan de ziekte • WEEFSEL VERSCHILLEN!

  25. Voorwaarden voor epidemiologie • Wat zegt DNA methylatie in bloed nou? • 8 kandidaat loci voor CHD getest • Stabiliteit over 10 – 20 jaar • 2 weefsels (bloed en wangslijmvlies) Talens et al., Faseb J. 2010

  26. Autopsie studies • Overeenkomsten tussen bloed en interne weefsels? • Genoom wijde patronen, weefsels verschillen • Per CpG site, • 30 % correlatie > 0.75 bloed en één intern weefsel Talens et al., UNPUBLISHED

  27. Hypothese • DevelopmentalOrigins of Health andDisease • Epidemiologische studies: Associatie CHD risico en slechte condities rondom geboorte • Klein bij geboorte • Historical events (e.g. famine) • Dierstudies impliceren epigenetische mechanismen DOHaD Gametogenesis Conception Birth Growth Adulthood Ageing Coronary Heart Disease Adverse conditions

  28. De Hongerwinter Familie Studie • Eind WW2, voedsel embargo west Nederland • Verschrikkelijke episode, maar overeenkomsten met interventie studie diermodellen • Individuen blootgesteld rondom geboorte getraceerd en Food ration kCal/day Famine period Famine period Lumey et al., Int J Epidemiol 2007

  29. Epigenetica gevoelig voor hongerwinter • Prenataal blootgesteld vs zus of broer (zelfesexe) • 7 / 16 loci verschilden • Associaties waren sexe en timing specifiek • Meer aan de hand dan foliumdeficientie 2x10-6 3x10-6 3x10-3 8x10-4 8x10-3 6x10-5 2x10-5 Tobi et al. Hum Mol Genet 2009

  30. Gevoeligheid rondom conceptie • Van gametogenese tot aan embryogenese • Epigenetische herstructureringen • Beslissingen over cel identiteit

  31. Epigenetica gedurende levensspanne 18 50 88 • Nederlandse eeneiige tweelingparen (NTR) 66 MZ twin pairs (< 30 years) • Deense eeneiige tweelingparen (DTR) 67 MZ twin pairs (> 73 years) Adult lifespan NTR DTR Talens et al., Aging cell 2012

  32. Ouderenhogere epigenetische variatie * P < 0.05 *** *** *** *** *** *** *** *** MeanMethylation ** P < 0.01 *** P < 0.001 ** ** *** ** *** *** *** *** St Dev *** Talens et al., Aging cell 2012

  33. Epigenetische variatie binnen MZ paar • Epigenetische tussen individuen en binnen tweeling paren hoger op oude leeftijd ** *** *** *** ** *** *** *** ** Talens et al., Aging cell 2012

  34. Biobank project (NTR) 66 MZ twin pairs (< 30 years) LSADT study (DTR) 67 MZ twin pairs (> 73 years) 61 NTR MZ twin pairs (30 - 65 years) 25 NTR MZ twin pairs (> 65 years) Epigenetica gedurende levensspanne 18 50 88 Adult lifespan NTR DTR NTR NTR 219 MZ twin pairs • 6 assays: global (LINE1) en 5 specifiekeloci • 2 weinigtoename in variatie: KCNQ1OT1 and GNASAS • 3 grotetoename in variatie: IGF2DMR, LEP and CRH Talens et al., Aging cell 2012

  35. Epigenetica gedurende levensspanne • Epigenetische variatielijktgeleidelijk toe tenemen * ** *** *** *** Talens et al., Aging cell 2012

  36. Longitudinale follow-up op hoge leeftijd 19 DTR MZ twin pairs 73 – 81 years old at first sampling Blood samples from 1997 and 2007 18 50 88 Adult lifespan NTR DTR NTR NTR DTR DTR 1997 2007 Talens et al., Aging cell 2012

  37. Epigenetische variatie na 10 jaar follow-up • Toename in epigenetische variatie blijft tot op hoge leeftijd geleidelijk doorgaan * Talens et al., Aging cell 2012

  38. Epigenetica en CHD • Honger winter studie • Prenatale blootstelling verhoogd risico op • Hart en vaat ziekten • Metabole ziekten • Schizofrenie • Epigenetische veranderingen  CHD? DOHaD Gametogenesis Conception Birth Growth Adulthood Ageing Coronary Heart Disease Adverse conditions

  39. Epigenetica en CHD • Klinische studie op hartinfarct • 124 cases vs 126 controls, Geen eerdere CHD icidenten • Verhoogd risico door bloedwaarden, BMI, roken • Hartinfarct (MI) gedurende 3 jaar follow up • 6 Loci, prenataal gevoelig voor hongerwinter DOHaD Gametogenesis Conception Birth Growth Adulthood Ageing Coronary Heart Disease Adverse conditions Talens et al., Int J Epidemiol 2012

  40. Associatie epigenetica en MI • Sex specifiekeassociatie DNA methylatieinsuline en G-receptor-α-anti-sense • Associatieonafhankelijk van CHD risicofactoren • Associatie over alleCpG sites binnen locus Controls Cases – Controls (SE) Locus Sex Mean (SD) % methylation % meth Standardized p-value INS 0.659 ♂ 76.0 (5.1) − 0.07 − 0.4 (0.87) ♀ 75.5 (4.2) 0.002 + 2.5 (0.76) + 0.59 GNASAS 0.850 ♂ 49.3 (6.6) + 0.03 + 0.2 (1.12) ♀ 48,4 (7.0) 0.001 + 4.2 (1.28) + 0.60 *, p < 0.05 **, p < 0.01 ***, p < 0.001 Talens et al., Int J Epidemiol 2012

  41. Epigenetische epidemiologie Epigenetische mechanisme geven een geloofwaardig moleculair mechanisme waarmee de associatie tussen ouderdomsziekten en vroege (prenatale) omgeving, en levensstijl. Wetenschappelijk bewijs neemt toe! Gametogenesis Conception Birth Growth Adulthood Ageing

  42. Many thanks • LUMC, dpt. Cardiology, The PROSPER Group Prof.Dr. W. Jukema and Dr. S Trompet • LUMC, dpt. Medical statistics and bioinformatics Prof.Dr. Hein Putter, Dr. J. Goeman • LUMC, dpt. Molecular epidemiology Dr. B. Heijmans, Prof.Dr. E. Slagboom,Dr. S Bos, Dr. I. Meulenbelt, Drs. E v.d. Akker, Dr(s). E. Tobi, Drs. M Drijfhout v Hooff, Drs.H. Suchiman, D. Kremer, R. v.d. Breggen N. Lakenberg and W. de Dijcker • LUMC, dpt. Pathology Dr.J Bovee, R. Guijt, T. Alberts, E. Dreef • NederlandsTweeling Register (Prof.Dr. D Boomsma, Dr. A Willemsen) • Danish Twin Registry (Prof.Dr. K Christensen, Prof.Dr. L. Christiansen)

  43. Epigenetica in de klas • Zoeken naar • Aansprekende en illustratieve voorbeelden • Projecten, experimenten en excursies • Nog een vraag • Prenatale adaptatie ….. • Wat of wie denken we dan aan?

  44. Doorgeven van verkregen eigenschappen • Evolutie • Populatie • Vele generaties • Genetische code • Adaptatie • Individu • Enkele generaties • Epigenetische code? Plaatjevrouw / generaties Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829)