基于心脏间隔缺损表型差异的同卵双胎DNA甲基化表观遗传学的研究

Congenital heart disease (CHD) is the most common birth defects in China, the major causes are usually believed the interactions between genetic and environmental factors. Studies of other scientists and our previous studies indicated that the reported genetic gene mutations accounted for low proportion in most cases of CHD, epigenetic mechanism can contribute significantly to CHD. DNA methylation is one of the most important epigenetic mechanism. At present, there were only few studies that explored the associations between DNA methylation and CHD. The systematic, global genome-wide DNA methylation study has not been reported. In this study, we will adopt scarce valuable research resources, monozygotic twins discordant for heart septal defects, perform the genome-wide methylation sequencing through next- - generation sequencing. All the different methylation regions will be found. Through bioinformatics analysis, we will select the different methylation regions that corresponding genes involved in heart development. A confirmation experiment will be carried out in the case - control samples using EpiTYPER DNA methylation technology to determine septal defects associated DNA methylation regions. This study will fully reveal the DNA methylation mechanism on occurrence of CHD, and provide guidance for further validation experiments in model animals, exploring diagnostic markers and intervention targets.

先天性心脏病(先心病)是我国最常见的出生缺陷，主要致病原因是由于遗传和环境因素交互作用的结果。其他科学家和我们的前期研究表明常见遗传基因突变在大多数心脏间隔缺损病例中所占比例极低，因此可推测表观遗传学机制在先心病发生中发挥重要作用。DNA甲基化是表观遗传主要方式之一，并且已有个别基因DNA甲基化与先心病关系的研究的零星报道，但全基因组水平DNA甲基化的研究尚缺乏。本课题利用我们国家稀有研究资源库- - 心脏间隔缺损表型不一致的同卵双胎，采用新一代测序技术，进行全基因组的DNA甲基化测序，筛选出差异甲基化区域；通过生物信息学分析，选择调控基因参与心脏发育过程的甲基化差异区域，并通过EpiTYPER DNA甲基化分析技术在病例对照样本中验证，确定与心脏间隔缺损相关的DNA甲基化区域。本研究将比较全面地揭示心脏间隔缺损发生的DNA甲基化机制，为后续动物实证研究、探索诊断标志物和干预靶点提供指导。

先天性心脏病(先心病)是我国最常见的出生缺陷种类之一，本课题拟采用多组学的研究策略，探索先心病发生的表观遗传机制。本研究利用稀有研究资源——右室双出口表型不一致的同卵双胎，利用病变组织样品，采用二代测序技术，从全基因组、全mRNA表达谱、全蛋白质组，以及全基因组DNA甲基化层面进行高通量测序。经生物信息学分析，筛选出差异甲基化区域，选择参与心脏发育过程的调控基因，并在散发病例对照样本中进行验证，确定与心脏发育相关的DNA甲基化区域，提出先心病发生的表观遗传机制假说。本研究首次全面地绘制了先心病表型差异同卵双胎的全基因谱、mRNA表达谱以及全基因组DNA甲基化谱，在排除染色体异常和已知突变基因的基础上，发现并验证了数十个与CHD发生密切相关的基因的表达变异。本研究发现先心病患儿的心脏组织较正常胎儿表现出明显的总体低甲基化水平，差异甲基化位点多位于启动子区域。差异基因所聚集通路集中在：ECM, 黏着斑和 TGF-β 信号通路。COL1A1，FLNA基因在病例组织中呈现低甲基化改变，并在基因、转录和蛋白质3个水平上均存在差异；THBS3基因同样呈现低甲基化改变，并在ECM, 黏着斑和 TGF-β 信号通路中均同时存在差异表达。 推测先心病的发生与初始粘连形成和随后血小板活化聚集形成血栓有关，由低甲基化水平改变引起血栓形成相关基因的表达异常所致。本研究提出了胎儿先心病发生的DNA甲基化机制假说，为后续动物实证研究、探索诊断标志物和干预靶点提供指导。