RRBS等揭示同卵雙生子與腎小球?yàn)V過率相關(guān)的DNA甲基化位點(diǎn)

慢性腎臟?。–hronic kidney disease，CKD）以腎功能持續(xù)下降為特征，其主要評估指標(biāo)為估算腎小球?yàn)V過率（eGFR）。eGFR的下降不僅預(yù)示著CKD的發(fā)生，還與心血管疾病風(fēng)險密切相關(guān)。既往研究表明，eGFR具有一定的遺傳性，但全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）僅能解釋部分eGFR變異，但提示表觀遺傳學(xué)因素可能在eGFR調(diào)控中發(fā)揮重要作用。DNA甲基化（DNAm）是常見的表觀遺傳修飾之一，已有研究發(fā)現(xiàn)其與eGFR相關(guān)，但在中國人中的研究較少。

近日，青島大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院張東峰教授團(tuán)隊通過簡化基因組重亞硫酸鹽測序（Reduced Representation Bisulfite Sequencing,RRBS）和表觀基因組關(guān)聯(lián)研究（EWAS），分析了中國同卵雙生子的DNA甲基化圖譜，尋找與估算eGFR相關(guān)的甲基化位點(diǎn)和區(qū)域，并探討了其因果關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)多個與eGFR相關(guān)的CpG位點(diǎn)和差異甲基化區(qū)域（DMRs），并驗(yàn)證了SYNGR3基因的甲基化水平與低eGFR水平的關(guān)聯(lián)。

本研究開展了一項(xiàng)表觀基因組關(guān)聯(lián)研究，旨在探討中國同卵雙生子中DNAm與eGFR之間的關(guān)聯(lián)。研究采用RRBS檢測了全基因組范圍內(nèi)的DNAm水平。利用廣義估計方程（GEE）分析CpGs中DNAm與eGFR之間的關(guān)聯(lián)。通過家族混雜因素檢驗(yàn)因果關(guān)系的方法（ICE FALCON）推斷因果關(guān)系。采用comb-p方法鑒定差異甲基化區(qū)域（DMRs）。利用GeneMANIA分析基因相互作用網(wǎng)絡(luò)，并通過基因組區(qū)域注釋富集工具（GREAT）富集生物學(xué)功能和通路。通過基因表達(dá)譜測序檢測mRNA表達(dá)水平，并利用GEE模型探究基因表達(dá)與eGFR之間的關(guān)聯(lián)。通過計算甲基化風(fēng)險評分（MRS），在社區(qū)人群中驗(yàn)證候選基因。

研究結(jié)果共鑒定出80個CpGs和28個DMRs達(dá)到全基因組水平，這些CpGs和DMRs位于OLIG2、SYNGR3、LONP1、CDCP1和SHANK1等基因中。12個位于SYNGR3和C9orf3等基因的CpGs支持DNAm對eGFR的因果效應(yīng)，而13個位于EPHB3和MLLT1等基因的CpGs證明了eGFR對DNAm的因果效應(yīng)。富集分析揭示了與eGFR相關(guān)的多個重要生物學(xué)功能和通路，包括α-2A腎上腺素受體結(jié)合通路和促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素受體活性通路。GeneMANIA結(jié)果顯示，SYNGR3與MLLT1共表達(dá)，并與AFF4和EDIL3存在遺傳互作?；虮磉_(dá)分析發(fā)現(xiàn)SYNGR3表達(dá)水平與eGFR呈負(fù)相關(guān)。驗(yàn)證分析表明，SYNGR3的MRS與低eGFR水平呈正相關(guān)。

本研究結(jié)果鑒定出一系列可能與eGFR相關(guān)的CpGs、DMRs和通路，尤其是在SYNGR3基因中。這些發(fā)現(xiàn)為理解eGFR下降和慢性腎臟病相關(guān)的表觀遺傳修飾提供了新的見解。

研究方法

樣本選擇：研究納入了2012至2013年間在青島招募的244對同卵雙生子，篩選出61對eGFR存在差異的雙生子進(jìn)行分析。

DNA甲基化檢測：采用RRBS技術(shù)檢測全基因組范圍內(nèi)的DNA甲基化水平。RRBS結(jié)合限制性酶切和亞硫酸鹽處理，能夠高效分析CpG島區(qū)域的甲基化模式。

統(tǒng)計分析：鑒定差異甲基化區(qū)域（DMRs），評估CpG位點(diǎn)甲基化水平與eGFR的關(guān)系，推斷DNAm與eGFR之間的因果關(guān)系。分析基因相互作用網(wǎng)絡(luò)，基因組區(qū)域富集分析。對部分基因進(jìn)行基因表達(dá)分析，驗(yàn)證其與eGFR的相關(guān)性。

驗(yàn)證研究：在社區(qū)人群中對SYNGR3基因的甲基化水平進(jìn)行定量分析，并計算甲基化風(fēng)險評分（MRS），評估其與低eGFR水平的關(guān)聯(lián)。

結(jié)果圖形

（1）表觀基因組范圍關(guān)聯(lián)分析（EWAS）

（2）因果關(guān)系分析

12個CpG位點(diǎn)（如SYNGR3和C9orf3）顯示出DNAm對eGFR的因果效應(yīng)；13個CpG位點(diǎn)（如EPHB3和MLLT1）顯示出eGFR對DNAm的因果效應(yīng)。

（3）差異甲基化區(qū)域（DMR）分析

共發(fā)現(xiàn)80個CpG位點(diǎn)和28個DMRs與eGFR達(dá)到全基因組水平（FDR < 0.05）。這些位點(diǎn)和區(qū)域涉及多個基因，如OLIG2、SYNGR3、LONP1、CDCP1和SHANK1等。

（3）基因互作網(wǎng)絡(luò)分析和富集分析

GeneMANIA結(jié)果顯示SYNGR3與MLLT1共表達(dá)，并與AFF4和EDIL3存在基因相互作用。GREAT分析揭示了與eGFR相關(guān)的多個重要生物學(xué)功能和通路，如α-2A腎上腺素受體結(jié)合通路、促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素受體活性通路等

易小結(jié)

本研究通過RRBS及EWAS分析在同卵雙生子中鑒定了與eGFR相關(guān)的多個CpG位點(diǎn)、DMRs和生物學(xué)通路，尤其是SYNGR3基因。研究結(jié)果可能為進(jìn)一步研究eGFR下降慢性腎臟病相關(guān)的的表觀遺傳修飾提供重要線索，并有助于發(fā)現(xiàn)CKD的新診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

RRBS在本研究中的重要作用

高效檢測CpG島甲基化：RRBS技術(shù)專注于CpG島等富含CpG的區(qū)域，這些區(qū)域在基因調(diào)控中起關(guān)鍵作用。通過RRBS，研究能夠高效、經(jīng)濟(jì)地分析這些區(qū)域的甲基化模式，從而識別與eGFR相關(guān)的潛在調(diào)控位點(diǎn)。

精確分析甲基化水平：RRBS通過亞硫酸鹽測序，能夠精確測量單個CpG位點(diǎn)的甲基化水平。這種高分辨率的檢測方法使得研究人員能夠準(zhǔn)確評估甲基化水平與eGFR之間的關(guān)聯(lián)。

支持全基因組關(guān)聯(lián)分析：RRBS生成的甲基化數(shù)據(jù)為全基因組關(guān)聯(lián)研究（EWAS）提供了基礎(chǔ)。通過分析大量CpG位點(diǎn)的甲基化狀態(tài)，研究能夠識別出在全基因組范圍內(nèi)與eGFR相關(guān)的位點(diǎn)和區(qū)域。

揭示表觀遺傳變異：RRBS有助于揭示個體間在DNA序列相同的前提下的表觀遺傳變異。在同卵雙生子中，這種變異可能主要由環(huán)境因素引起，從而為研究eGFR的環(huán)境調(diào)控機(jī)制提供了重要線索。