De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

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

Verwante presentaties


Presentatie over: "Epigenetisch epidemiologisch onderzoek Rudolf Talens PHD epigenetische epidemiologie Dept. Molecular Epidemiology Leiden University Medical Center."— Transcript van de presentatie:

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 2

3 Wat is Epigenetica Wat denken jullie? 3

4 Biochemische benadering 2 m chromosoom in celkern < 10 µm Opvouwen (CONDENSATIE!) Ruggengraat = PO 3 -  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 4

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) 5

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 6

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 7

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

9 Epigenetische informatie Verschillende gecorreleerde lagen / vormen 9

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

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 11

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

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

14 Epigenetisch onderzoek Meten epigenetische informatie DNA methylatie (CpG sites) – meest onderzochte laag van epigenetische informatie – Methyl gevoelige restrictie enzymen – Methylated DNA immuno precipitation – Bisulfiet (BS) behandeling Histon modificaties – Technisch steeds meer mogelijk – CHIP: chromatine immuno precipitation (sequencing) 14 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 15 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 16

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 17

18 Dier modellen: de Agouti muis 18 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 A vy 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 19 Waterland & Jirtle MCB 2003; Dolinoy et al. EHP 2006 methylatedunmethylated

20 Dier modellen: de Agouti muis DNA methylatie ps1A promoter prenataal beïnvloedbaar (folium) Verschuiving vachtkleur nest Eiwit deficiëntie ook Hersteld met folium 20 Waterland & Jirtle MCB 2003 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) 21

22 Epigenetica en stress? Rat model kinderverwaarlozing – Minder moederzorg  hogere stress respons – Hogere DNA methylatie Glucocorticoid receptor – Gekruiste opvoeding zelfde effect – Terugdraaien met inhibitie histon deacetylase 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 22 Weaver et al. Nat Neurosci Murgatroyd et al. Nat neurosci 2009 McGowan et al. Nat neurosci 2009

23 celkweek DNA methylatie verandert willekeurig 2 Cellijnen in kweek – Zelfde originele cel – Zelfde omstandigheden – passages 23 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! 24

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) 25 LocusCorrelation IGF2R0.88 LEP0.90 CRH0.94 IGF20.92 APOC10.96 LocusCorrelation IGF2R0.83 LEP0.80 CRH0.91 APOC10.82 Talens et al., Faseb J. 2010

26 Autopsie studies 26 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 Developmental Origins of Health and Disease Epidemiologische studies: Associatie CHD risico en slechte condities rondom geboorte – Klein bij geboorte – Historical events (e.g. famine) – Dierstudies impliceren epigenetische mechanismen GametogenesisConceptionGrowthBirthAgeingAdulthood Adverse conditions Coronary Heart Disease DOHaD

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 28 Food ration kCal/day Famine period Lumey et al., Int J Epidemiol 2007

29 Epigenetica gevoelig voor hongerwinter Prenataal blootgesteld vs zus of broer (zelfe sexe) – 7 / 16 loci verschilden – Associaties waren sexe en timing specifiek – Meer aan de hand dan folium deficientie 29 Tobi et al. Hum Mol Genet x x x x x x x10 -5 GeneEarlyLateGender IGF2 GNASF INSIGFM IL10 LEPM ABCA1

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

31 Epigenetica gedurende levensspanne Nederlandse eeneiige tweelingparen (NTR) 66 MZ twin pairs (< 30 years) Deense eeneiige tweelingparen (DTR) 67 MZ twin pairs (> 73 years) Adult lifespan 1888 NTR DTR 50 Talens et al., Aging cell 2012

32 Ouderen hogere epigenetische variatie *** ** *** Mean Methylation St Dev * P < 0.05 ** P < 0.01 *** P < 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 ( years) 25 NTR MZ twin pairs (> 65 years) Adult lifespan 1888 NTR DTR 50 NTR 219 MZ twin pairs 6 assays: global (LINE1) en 5 specifieke loci 2 weinig toename in variatie: KCNQ1OT1 and GNASAS 3 grote toename in variatie: IGF2DMR, LEP and CRH Talens et al., Aging cell 2012 Epigenetica gedurende levensspanne

35 Epigenetische variatie lijkt geleidelijk toe te nemen *** *** 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 Adult lifespan 1888 NTRDTR 50 DTR NTR 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? 38 GametogenesisConceptionGrowthBirthAgeingAdulthood Adverse conditions Coronary Heart Disease DOHaD

39 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 39 Epigenetica en CHD GametogenesisConceptionGrowthBirthAgeingAdulthood Adverse conditions Coronary Heart Disease DOHaD Talens et al., Int J Epidemiol 2012

40 Associatie epigenetica en MI Sex specifieke associatie DNA methylatie insuline en G-receptor-α-anti-sense Associatie onafhankelijk van CHD risico factoren Associatie over alle CpG sites binnen locus (1.28) 48,4 (7.0) ♀ (1.12) 49.3 (6.6) ♂ GNASAS (0.76) 75.5 (4.2) ♀ − 0.07 − 0.4 (0.87) 76.0 (5.1) ♂ INS Standardized % methp-value Cases – Controls (SE) Mean (SD) % methylationSexLocus Controls Talens et al., Int J Epidemiol 2012 *, p < 0.05 **, p < 0.01 ***, p < 0.001

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! 41 GametogenesisConceptionGrowthBirthAgeingAdulthood

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 Nederlands Tweeling 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? 43

44 Doorgeven van verkregen eigenschappen Evolutie – Populatie – Vele generaties – Genetische code Adaptatie – Individu – Enkele generaties – Epigenetische code? Plaatje vrouw / generaties Jean-Baptiste Lamarck ( )


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

Verwante presentaties


Ads door Google