Von Lipid- und Diabetes-assoziierter DNA-Methylierung des SREBF1 Gen-Lokus zu genregulatorischen Mechanismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Epigenomweite Assoziationsstudien (EWAS) haben mehrere differentiell methylierte CpG-Stellen identifiziert, die mit Lipidspiegeln in Verbindung stehen. Die methylierungssensitiven Mechanismen, die diesen Assoziationen zugrunde liegen, sind jedoch weitgehend unbekannt. Mehrere CpG-Stellen am Lokus des Sterol Regulatory Element Binding Transkriptionsfaktors 1 (SREBF1) sind robust mit abnormen Lipidspiegeln und Stoffwechselstörungen assoziiert. In dieser Studie haben wir uns zum Ziel gesetzt, die methylierungssensitiven molekularen Mechanismen, die den lipidassoziierten CpG-Stellen am SREBF1-Locus zu Grunde liegen, zu identifizieren. Zunächst wurden lipidassoziierte SREBF1-CpG-Stellen mit starkem potenziell regulatorischem Potential priorisiert. Diese priorisierten Stellen wurden in den Zelllinien Huh7, HepG2, HEK293, THP-1 und Jurkat funktional untersucht. Die differentielle Proteinbindung methylierter CpG- Stellen wurde mittels EMSAs (Electrophoretic Mobility Shift Assays) untersucht, während der transkriptionelle Effekt methylierter Stellen mittels Luciferase-Assays getestet wurde. Zudem wurden die methylierungssensitiven Transkriptionsfaktoren bei der CpG Stelle cg11024682 durch quantitative Proteomik identifiziert. Schließlich wurde eine Bewertung des Zusammenhangs zwischen Methylierung an den lipidassoziierten CpG-Stellen mit Genexpression und lipidbezogenen Phänotypen durchgeführt. DNA Methylierung war an vier CpG-Stellen des SREBF1-Locus mit hohen Lipidspiegeln assoziiert. Diese wurden für die funktionelle Analyse weiterverfolgt. Die vier CpG-Stellen zeigten jeweils eine erhöhte Expression im methylierten Zustand. In den EMSA Experimenten wurden drei methylierungsspezifische Proteinbanden über Zelllinien hinweg identifiziert. Unter den getesteten CpG-Stellen hatte cg11024682 zwei methylierungsspezifische Proteinbanden, welche in zwei Zelllinien repliziert werden konnten. Diese CpG-Stelle hatte zudem die höchsten transkriptionellen Effekte über alle Zelllinien hinweg. Transkriptionsfaktoren und -kofaktoren, die an cg11024682 in Abhängigkeit des Methylierungsstatus binden, waren KDM2B, ATF7, MBD2, MeCP2 und SMARCAL1. In Validierungsexperimenten zeigte nur ATF7 eine differentielle Bindung und eine höhere Affinität zu methyliertem cg11024682. Weitere Assoziationen mit Lipoproteinen zeigten, dass drei SREBF1-CpG-Stellen hauptsächlich mit dem Triglyceridgehalt von Lipoproteinen mit sehr geringer als auch sehr hoher Dichte assoziiert waren. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass die DNA-Methylierung an lipidassoziierten CpG- Stellen im SREBF1-Locus die Genexpression steigert, wobei ATF7 ein methylierungssspezifischer Transkriptionsfaktor ist, der eine Schlüsselrolle spielt. Die DNA- Methylierung an SREBF1-CpG-Stellen ist mit Gesamtlipidspiegeln über spezifische Lipidmerkmale von Lipoproteinpartikeln verbunden, wobei cg11024682 die höchsten Effekte auf den Phänotyp ausübt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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DNA methylation in human lipid metabolism and related diseases. Current Opinion in Lipidology, 29(2), 116-124.
Mittelstraß, Kirstin & Waldenberger, Melanie
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A multi-ethnic epigenome-wide association study of leukocyte DNA methylation and blood lipids. Nature Communications, 12(1).
Jhun, Min-A.; Mendelson, Michael; Wilson, Rory; Gondalia, Rahul; Joehanes, Roby; Salfati, Elias; Zhao, Xiaoping; Braun, Kim Valeska Emilie; Do, Anh Nguyet; Hedman, Åsa K.; Zhang, Tao; Carnero-Montoro, Elena; Shen, Jincheng; Bartz, Traci M.; Brody, Jennifer A.; Montasser, May E.; O.’Connell, Jeff R.; Yao, Chen; Xia, Rui ... & Assimes, Themistocles L.
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DNA methylation and lipid metabolism: an EWAS of 226 metabolic measures. Clinical Epigenetics, 13(1).
Gomez-Alonso, Monica del C.; Kretschmer, Anja; Wilson, Rory; Pfeiffer, Liliane; Karhunen, Ville; Seppälä, Ilkka; Zhang, Weihua; Mittelstraß, Kirstin; Wahl, Simone; Matias-Garcia, Pamela R.; Prokisch, Holger; Horn, Sacha; Meitinger, Thomas; Serrano-Garcia, Luis R.; Sebert, Sylvain; Raitakari, Olli; Loh, Marie; Rathmann, Wolfgang; Müller-Nurasyid, Martina ... & Waldenberger, Melanie
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Meta-analysis of epigenome-wide association studies of carotid intima-media thickness. European Journal of Epidemiology, 36(11), 1143-1155.
Portilla-Fernández, Eliana; Hwang, Shih-Jen; Wilson, Rory; Maddock, Jane; Hill, W. David; Teumer, Alexander; Mishra, Pashupati P.; Brody, Jennifer A.; Joehanes, Roby; Ligthart, Symen; Ghanbari, Mohsen; Kavousi, Maryam; Roks, Anton J. M.; Danser, A. H. Jan; Levy, Daniel; Peters, Annette; Ghasemi, Sahar; Schminke, Ulf; Dörr, Marcus ... & Dehghan, Abbas
