早期中度產(chǎn)前酒精暴露(PAE)和母體飲食介導(dǎo)子代DNA甲基化變化
大家好，這里是專注表觀組學(xué)十余年，領(lǐng)跑多組學(xué)科研服務(wù)的易基因。
妊娠期間飲酒是導(dǎo)致兒童神經(jīng)發(fā)育障礙的主要原因之一，高劑量飲酒可導(dǎo)致兒童出現(xiàn)認(rèn)知、行為和神經(jīng)發(fā)育障礙，但目前對(duì)于低至中等飲酒水平的影響尚不完全清楚。DNA甲基化是一種表觀遺傳機(jī)制，涉及在碳-1代謝過程中向胞嘧啶堿基添加甲基基團(tuán)，可能影響基因表達(dá)的組織特異性和發(fā)育適當(dāng)性。產(chǎn)前酒精暴露（prenatal alcohol exposure，PAE）可以通過表觀遺傳機(jī)制，如DNA甲基化，干擾胎兒基因調(diào)控。
近日，澳大利亞Telethon兒童研究所（Telethon Kids Institute）的David Martino團(tuán)隊(duì)在《eLife》雜志發(fā)表題為“Early moderate prenatal alcohol exposure and maternal diet impact offspring DNA methylation across species”的科研成果。研究采用全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序 （WGBS） 對(duì)新生兒大腦和肝臟（兩個(gè)受乙醇影響的靶器官）中的 CpG DNA 甲基化進(jìn)行無偏倚評(píng)估，并對(duì)先前研究中已確定對(duì)早期中度 PAE 敏感區(qū)域進(jìn)行靶基因檢測(cè)。研究結(jié)果表明常見的飲酒模式可以對(duì)胎兒基因調(diào)控產(chǎn)生可檢測(cè)的影響，突出了母體飲食支持在公共衛(wèi)生干預(yù)中的作用。
標(biāo)題：Early moderate prenatal alcohol exposure and maternal diet impact offspring DNA methylation across species（早期中度產(chǎn)前酒精暴露和母體飲食影響不同物種子代的DNA甲基化）
期刊：eLife
影響因子： IF 6.4 / 1區(qū)
技術(shù)平臺(tái)：WGBS（易基因優(yōu)勢(shì)技術(shù)）
研究采用生理相關(guān)小鼠模型來模擬人類妊娠期間常見的早期中度產(chǎn)前酒精暴露（PAE），發(fā)現(xiàn)早期中度PAE足以影響新生兒的位點(diǎn)特異性DNA甲基化，在成年同胞中不改變其行為結(jié)果。對(duì)新生兒的大腦和肝臟進(jìn)行全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序（WGBS），揭示了對(duì)DNA甲基化的隨機(jī)影響，其影響主要表現(xiàn)出組織特異性，其中一些影響可能早在原腸胚形成階段就開始了。DNA甲基化差異在具有調(diào)控潛力的非編碼基因組區(qū)域中富集，表明酒精對(duì)基因組調(diào)控有廣泛影響。研究還發(fā)現(xiàn)在小鼠模型中，富含葉酸和膽堿的母體飲食可以保護(hù)新生幼崽避免早期中度PAE對(duì)DNA甲基化的傷害。在患有胎兒酒精譜系障礙（FASD）的人類隊(duì)列中的復(fù)制研究表明，一些效應(yīng)在與疾病相關(guān)表征的相關(guān)基因上穩(wěn)定，包括面部形態(tài)、智力、教育成就、自閉癥和精神分裂癥。本研究研究表明，即使在沒有明顯表型變化的情況下，早期中度PAE也足以影響胎兒基因組調(diào)控，強(qiáng)調(diào)了預(yù)防性母體飲食干預(yù)的作用。
研究方法
（1）各處理組的產(chǎn)前表征比較
為研究早期中度PAE和富含甲基供體（HMD）飲食在妊娠期間對(duì)子代DNA甲基化和行為結(jié)果的影響，作者采用包含四個(gè)處理組的小鼠模型（H2O-NC組、PAE-NC組、H2O-HMD組、PAE-HMD組），旨在評(píng)估酒精暴露與對(duì)照組小鼠相比對(duì)子代DNA甲基化的影響（圖1）。
圖1：產(chǎn)前酒精暴露（PAE）模型概述
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的示意圖。每個(gè)處理組15只雌鼠。PAE小鼠從懷孕前一周開始至妊娠第8-10天，暴露于乙醇（PAE），其余小鼠則接受水（H2O）。PAE和H2O組從懷孕前一周至出生，接受正常食物（NC）或高甲基供體（HMD）食物（NC含有20mg/kg葉酸和4970mg/kg膽堿）。
(b) 二次混合效應(yīng)模型分析全妊娠期液體消耗軌跡受PAE和HMD影響，PAE和HMD與妊娠期顯著交互作用。
(c-d) 非配對(duì)t檢驗(yàn)或方差分析（ANOVA）窩仔數(shù)（N=40）（c）和幼崽性別比（N=36）(d)與PAE或HMD沒有顯著關(guān)聯(lián)。
(c) 給予補(bǔ)充食物的小鼠在整個(gè)妊娠期間顯著消耗了較少總量的液體。條形圖顯示了每個(gè)處理組的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。每個(gè)點(diǎn)代表一只雌鼠。
(d) 雌鼠在妊娠期間消耗的食物軌跡因添加處理而顯著變化（n=36）。
（2）早期中度PAE對(duì)新生小鼠組織DNA甲基化的影響
圖5：PAE與子代DNA甲基化的位點(diǎn)特異性差異相關(guān)。 在給予正常食物（NC）的小鼠大腦（a）和肝臟（b）中，大多數(shù)差異甲基化區(qū)域（DMRs）在PAE下甲基化丟失。每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)DMR，點(diǎn)顏色表示PAE下DNA甲基化變化。PAE還與NC小鼠大腦（a）和肝臟（b）中鑒定的Impact基因啟動(dòng)子區(qū)域DMRs甲基化降低相關(guān)。在大腦（e）和肝臟（f）中鑒定的DMRs在基因間和CpG間區(qū)域富集，而在CpG和基因區(qū)域中缺乏。條形圖將全基因組亞硫酸鹽測(cè)序（WGBS）DMRs的數(shù)量（紅色）與一組等效的隨機(jī)生成區(qū)域（藍(lán)色）進(jìn)行比較。（g）肝臟DMRs的GO分析顯示在神經(jīng)元細(xì)胞組分和生物過程中富集。BP/紅色點(diǎn)=生物過程，CC/藍(lán)色點(diǎn)=細(xì)胞組分。
表1：大腦和肝臟中的DMR基因內(nèi)含子區(qū)域鑒定的差異甲基化區(qū)（DMR）表。
（3）HMD可以減輕早期中度PAE對(duì)DNA甲基化的影響
圖6：高甲基供體（HMD）部分減輕了產(chǎn)前酒精暴露（PAE）對(duì)子代DNA甲基化的影響。
在正常食物（NC）小鼠中，觀察到一些大腦（a）和肝臟（b）的DMRs在PAE下平均DNA甲基化效應(yīng)大小超過30%。在HMD小鼠中，PAE甲基化絕對(duì)差異均值在大腦（a）和肝臟（b）中有所降低。每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)DMR，點(diǎn)顏色表示PAE導(dǎo)致的DNA甲基化變化。如果位于基因區(qū)域內(nèi)，具有高CpGs和甲基化差異的點(diǎn)用相關(guān)基因進(jìn)行注釋。HMD與大腦（e）中靠近12號(hào)染色體上Lamb1的DMR甲基化增加和肝臟（f）中靠近17號(hào)染色體上Socs5的DMR甲基化減少相關(guān)。
（4）早期中度PAE和HMD對(duì)成年小鼠行為結(jié)果的影響
圖7：產(chǎn)前酒精暴露（PAE）對(duì)其他評(píng)估的行為結(jié)果沒有顯著影響。
在焦慮行為方面，PAE和高甲基供體飲食（HMD）沒有顯著影響，這通過非配對(duì)t檢驗(yàn)在（a）開放場(chǎng)測(cè)試中在內(nèi)區(qū)的百分比時(shí)間（N=104）和（b）高架十字迷宮測(cè)試中在開放臂的百分比時(shí)間（N=85）中沒有顯著差異來證明。在空間識(shí)別方面，PAE和HMD沒有顯著影響，這通過非配對(duì)t檢驗(yàn)在（c）物體識(shí)別（N=108）和（d）物體位置測(cè)試（N=98）中的辨別指數(shù)沒有顯著差異來證明。在運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和平衡方面，PAE和HMD沒有顯著影響，這通過非配對(duì)t檢驗(yàn)在（e）第一次轉(zhuǎn)棒測(cè)試（N=112）和（f）第二次轉(zhuǎn)棒測(cè)試（N=87）中的時(shí)間沒有顯著差異來證明。
圖8：高甲基供體飲食（HMD）與運(yùn)動(dòng)活性增加相關(guān)。
與正常食物（NC）相比，HMD與運(yùn)動(dòng)活性增加相關(guān)，這通過非配對(duì)t檢驗(yàn)在（a）開放場(chǎng)測(cè)試（N=104）、（b）物體識(shí)別測(cè)試（N=108）、（c）高架十字迷宮測(cè)試（N=88）和（d）物體位置測(cè)試（N=98）中顯著增加的總行進(jìn)距離來表明。
（5）人類PAE和胎兒酒精譜系障礙（FASD）病例對(duì)照隊(duì)列的復(fù)制研究
圖9：在小鼠模型中鑒定的七個(gè)產(chǎn)前酒精暴露（PAE）DMRs在Lussier等人2018年的人類胎兒酒精譜系障礙（FASD）隊(duì)列中成功復(fù)制。
兩個(gè)PAE DMRs的例子，它們?cè)贚ussier等人2018年的隊(duì)列中與FASD的臨床診斷相關(guān)，DNA甲基化顯著降低（a和c），而它們?cè)谛∈竽Ｐ蛯?shí)驗(yàn)中的liftover DMR也顯示出與PAE相關(guān)的DNA甲基化顯著降低（b和d）。
表3：在小鼠模型中鑒定的DMR在Lussier等人2018年的人類病例對(duì)照隊(duì)列中驗(yàn)證了FASD的臨床診斷
參考文獻(xiàn)：
Bestry M, Larcombe AN, Kresoje N, Chivers EK, Bakker C, Fitzpatrick JP, Elliott EJ, Craig JM, Muggli E, Halliday J, Hutchinson D, Buckberry S, Lister R, Symons M, Martino D. Early moderate prenatal alcohol exposure and maternal diet impact offspring DNA methylation across species. Elife. 2024 Sep 6;12 pii: 92135. doi: 10.7554/eLife.92135. PubMed PMID: 39239947.
妊娠期間飲酒是導(dǎo)致兒童神經(jīng)發(fā)育障礙的主要原因之一，高劑量飲酒可導(dǎo)致兒童出現(xiàn)認(rèn)知、行為和神經(jīng)發(fā)育障礙，但目前對(duì)于低至中等飲酒水平的影響尚不完全清楚。DNA甲基化是一種表觀遺傳機(jī)制，涉及在碳-1代謝過程中向胞嘧啶堿基添加甲基基團(tuán)，可能影響基因表達(dá)的組織特異性和發(fā)育適當(dāng)性。產(chǎn)前酒精暴露（prenatal alcohol exposure，PAE）可以通過表觀遺傳機(jī)制，如DNA甲基化，干擾胎兒基因調(diào)控。
近日，澳大利亞Telethon兒童研究所（Telethon Kids Institute）的David Martino團(tuán)隊(duì)在《eLife》雜志發(fā)表題為“Early moderate prenatal alcohol exposure and maternal diet impact offspring DNA methylation across species”的科研成果。研究采用全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序 （WGBS） 對(duì)新生兒大腦和肝臟（兩個(gè)受乙醇影響的靶器官）中的 CpG DNA 甲基化進(jìn)行無偏倚評(píng)估，并對(duì)先前研究中已確定對(duì)早期中度 PAE 敏感區(qū)域進(jìn)行靶基因檢測(cè)。研究結(jié)果表明常見的飲酒模式可以對(duì)胎兒基因調(diào)控產(chǎn)生可檢測(cè)的影響，突出了母體飲食支持在公共衛(wèi)生干預(yù)中的作用。
標(biāo)題：Early moderate prenatal alcohol exposure and maternal diet impact offspring DNA methylation across species（早期中度產(chǎn)前酒精暴露和母體飲食影響不同物種子代的DNA甲基化）
期刊：eLife
影響因子： IF 6.4 / 1區(qū)
技術(shù)平臺(tái)：WGBS（易基因優(yōu)勢(shì)技術(shù)）
研究采用生理相關(guān)小鼠模型來模擬人類妊娠期間常見的早期中度產(chǎn)前酒精暴露（PAE），發(fā)現(xiàn)早期中度PAE足以影響新生兒的位點(diǎn)特異性DNA甲基化，在成年同胞中不改變其行為結(jié)果。對(duì)新生兒的大腦和肝臟進(jìn)行全基因組重亞硫酸鹽測(cè)序（WGBS），揭示了對(duì)DNA甲基化的隨機(jī)影響，其影響主要表現(xiàn)出組織特異性，其中一些影響可能早在原腸胚形成階段就開始了。DNA甲基化差異在具有調(diào)控潛力的非編碼基因組區(qū)域中富集，表明酒精對(duì)基因組調(diào)控有廣泛影響。研究還發(fā)現(xiàn)在小鼠模型中，富含葉酸和膽堿的母體飲食可以保護(hù)新生幼崽避免早期中度PAE對(duì)DNA甲基化的傷害。在患有胎兒酒精譜系障礙（FASD）的人類隊(duì)列中的復(fù)制研究表明，一些效應(yīng)在與疾病相關(guān)表征的相關(guān)基因上穩(wěn)定，包括面部形態(tài)、智力、教育成就、自閉癥和精神分裂癥。本研究研究表明，即使在沒有明顯表型變化的情況下，早期中度PAE也足以影響胎兒基因組調(diào)控，強(qiáng)調(diào)了預(yù)防性母體飲食干預(yù)的作用。
研究方法
- 使用小鼠模型模擬人類妊娠期間的早期中度PAE。
- 對(duì)新生小鼠的大腦和肝臟進(jìn)行全基因組亞硫酸鹽測(cè)序（WGBS），以評(píng)估DNA甲基化。
- 比較暴露于PAE小鼠和未暴露小鼠之間的甲基化差異。
- 研究了富含葉酸和膽堿的母體飲食對(duì)DNA甲基化的影響。
- 在人類隊(duì)列中復(fù)制小鼠模型中鑒定出的PAE敏感區(qū)域。
（1）各處理組的產(chǎn)前表征比較
為研究早期中度PAE和富含甲基供體（HMD）飲食在妊娠期間對(duì)子代DNA甲基化和行為結(jié)果的影響，作者采用包含四個(gè)處理組的小鼠模型（H2O-NC組、PAE-NC組、H2O-HMD組、PAE-HMD組），旨在評(píng)估酒精暴露與對(duì)照組小鼠相比對(duì)子代DNA甲基化的影響（圖1）。
圖1：產(chǎn)前酒精暴露（PAE）模型概述
圖2：產(chǎn)前酒精暴露（PAE）和高甲基供體飲食（HMD）對(duì)雌鼠表型的影響：
(a) 采用無交互作用的二次混合效應(yīng)模型分析顯示HMD顯著影響雌鼠體重增長(zhǎng)進(jìn)程，而PAE無顯著影響。(b) 二次混合效應(yīng)模型分析全妊娠期液體消耗軌跡受PAE和HMD影響，PAE和HMD與妊娠期顯著交互作用。
(c-d) 非配對(duì)t檢驗(yàn)或方差分析（ANOVA）窩仔數(shù)（N=40）（c）和幼崽性別比（N=36）(d)與PAE或HMD沒有顯著關(guān)聯(lián)。
圖3：PAE和HMD對(duì)小鼠表型的影響：
(a-b) 在第1-17天（a）和第1-19天(b)之間，各處理組的平均體重增加沒有顯著差異。(c) 給予補(bǔ)充食物的小鼠在整個(gè)妊娠期間顯著消耗了較少總量的液體。條形圖顯示了每個(gè)處理組的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。每個(gè)點(diǎn)代表一只雌鼠。
(d) 雌鼠在妊娠期間消耗的食物軌跡因添加處理而顯著變化（n=36）。
（2）早期中度PAE對(duì)新生小鼠組織DNA甲基化的影響
圖4：沒有證據(jù)表明產(chǎn)前酒精暴露（PAE）會(huì)導(dǎo)致整體甲基化失調(diào)。
該圖顯示了在不同調(diào)控基因組環(huán)境中CpGs甲基化水平平均值。無論是大腦組織（a和b）還是肝臟組織（c和d），都沒有受到PAE暴露（藍(lán)色條）的顯著影響。條形圖表示均值和標(biāo)準(zhǔn)差。圖5：PAE與子代DNA甲基化的位點(diǎn)特異性差異相關(guān)。 在給予正常食物（NC）的小鼠大腦（a）和肝臟（b）中，大多數(shù)差異甲基化區(qū)域（DMRs）在PAE下甲基化丟失。每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)DMR，點(diǎn)顏色表示PAE下DNA甲基化變化。PAE還與NC小鼠大腦（a）和肝臟（b）中鑒定的Impact基因啟動(dòng)子區(qū)域DMRs甲基化降低相關(guān)。在大腦（e）和肝臟（f）中鑒定的DMRs在基因間和CpG間區(qū)域富集，而在CpG和基因區(qū)域中缺乏。條形圖將全基因組亞硫酸鹽測(cè)序（WGBS）DMRs的數(shù)量（紅色）與一組等效的隨機(jī)生成區(qū)域（藍(lán)色）進(jìn)行比較。（g）肝臟DMRs的GO分析顯示在神經(jīng)元細(xì)胞組分和生物過程中富集。BP/紅色點(diǎn)=生物過程，CC/藍(lán)色點(diǎn)=細(xì)胞組分。
表1：大腦和肝臟中的DMR基因內(nèi)含子區(qū)域鑒定的差異甲基化區(qū)（DMR）表。
表2：與組織特異性調(diào)節(jié)區(qū)域重疊的大腦和肝臟差異甲基化區(qū)域（DMR）數(shù)量和百分比
（3）HMD可以減輕早期中度PAE對(duì)DNA甲基化的影響
圖6：高甲基供體（HMD）部分減輕了產(chǎn)前酒精暴露（PAE）對(duì)子代DNA甲基化的影響。
（4）早期中度PAE和HMD對(duì)成年小鼠行為結(jié)果的影響
圖7：產(chǎn)前酒精暴露（PAE）對(duì)其他評(píng)估的行為結(jié)果沒有顯著影響。
圖8：高甲基供體飲食（HMD）與運(yùn)動(dòng)活性增加相關(guān)。
（5）人類PAE和胎兒酒精譜系障礙（FASD）病例對(duì)照隊(duì)列的復(fù)制研究
圖9：在小鼠模型中鑒定的七個(gè)產(chǎn)前酒精暴露（PAE）DMRs在Lussier等人2018年的人類胎兒酒精譜系障礙（FASD）隊(duì)列中成功復(fù)制。
參考文獻(xiàn)：
Bestry M, Larcombe AN, Kresoje N, Chivers EK, Bakker C, Fitzpatrick JP, Elliott EJ, Craig JM, Muggli E, Halliday J, Hutchinson D, Buckberry S, Lister R, Symons M, Martino D. Early moderate prenatal alcohol exposure and maternal diet impact offspring DNA methylation across species. Elife. 2024 Sep 6;12 pii: 92135. doi: 10.7554/eLife.92135. PubMed PMID: 39239947.
標(biāo)簽：
DNA甲基化
- 靶基因甲基化測(cè)序(Target-BS)等在揭示特應(yīng)性皮炎新發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用
- ChIP等揭示糖皮質(zhì)激素和TET2共調(diào)控促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移的表觀遺傳機(jī)制
- 游離細(xì)胞DNA（cfDNA）檢測(cè)整體研究方案及其應(yīng)用案例
- DNA甲基化修飾整體研究方案技術(shù)介紹及經(jīng)典案例分析
- DNA甲基化詳解
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