مطالعه نشان می دهد که ابزار تجاری مورد استفاده برای مطالعات اپی ژنوم در واقع برای اپی ژنتیک جمعیت مناسب نیست

بیست سال پیش، پس از اینکه ژنوم انسان برای اولین بار توالی یابی شد، ژنتیک دانان شروع به انجام مطالعات ارتباط گسترده ژنومی برای شناسایی مناطق ژنومی مرتبط با بیماری های انسانی کردند. علاوه بر توالی DNA، سطح پایدار دیگری از اطلاعات مولکولی – تغییرات اپی ژنتیکی ایجاد شده در طول توسعه – می تواند بر خطر ابتلا به بیماری تأثیر بگذارد. برای بیش از یک دهه، دانشمندان این تغییرات اپی ژنتیکی را برای آزمایش ارتباط با بیماری مورد مطالعه قرار داده اند. امروزه بیش از 1000 مطالعه مرتبط با اپی ژنوم منتشر شده است.

اکنون در مطالعه ای که در مجله منتشر شده است زیست شناسی ژنومتیمی به سرپرستی محققان کالج پزشکی بیلور نشان می‌دهد که ابزار تجاری که اسباب کار برای این مطالعات بوده است در واقع برای اپی ژنتیک جمعیت مناسب نیست.

دکتر رابرت واترلند، نویسنده همکار، گفت: “بسیاری از مردم می دانند که هر فرد دارای یک توالی DNA یا ژنوم منحصر به فرد است. کمتر شناخته شده این است که هر سلول در بدن نیز سطح منحصر به فردی از فردیت مولکولی دارد که اپی ژنوم آن نامیده می شود.” استاد اطفال-تغذیه در مرکز تحقیقات تغذیه کودکان USDA/ARS Baylor.

اپی ژنوم – به معنای بالای ژنوم – سیستمی از نشانه‌های مولکولی روی DNA است که به سلول‌های مختلف بدن می‌گوید کدام ژن‌ها را در آن نوع سلول روشن یا خاموش کنند. واترلند، یکی از اعضای مرکز جامع سرطان دان ال دانکن در بیلور، می‌گوید: «تفاوت‌های اپی ژنتیکی بین افراد می‌تواند بر خطر ابتلا به بیماری تأثیر بگذارد.

برای جستجوی چنین تفاوت‌هایی، اپی ژنتیک‌ها متیلاسیون DNA را مطالعه می‌کنند که در مکان‌های خاصی به نام مکان‌های CpG رخ می‌دهد. ابزار استاندارد برای مطالعات جمعیتی متیلاسیون DNA یک آرایه تجاری است که صدها هزار سایت CpG را که در سراسر ژنوم توزیع شده اند ارزیابی می کند.

در 15 سال گذشته، آزمایشگاه واترلند و همکارانش بر روی مجموعه متفاوتی از سایت‌های CpG تمرکز کرده‌اند: مکان‌هایی که متیلاسیون DNA در بین افراد به‌طور اساسی متفاوت است اما در بافت‌های مختلف هر فرد ثابت است. آنها استدلال کردند که این مکان ها برای مطالعات جمعیتی بسیار مفید خواهند بود، زیرا DNA از نمونه خون می تواند برای بررسی علل اپی ژنتیکی بیماری در اندام های داخلی مانند مغز یا قلب استفاده شود.

واترلند گفت: «سه سال پیش ما نزدیک به 10000 منطقه از این قبیل را در ژنوم انسان گزارش کردیم (به نام CoRSIV برای مناطق مرتبط با تنوع سیستمیک بین فردی) و پیشنهاد کردیم که مطالعه آنها می تواند راهی جدید برای کشف علل اپی ژنتیکی بیماری باشد.

به عنوان گامی در راستای این امر، مطالعه حاضر بررسی کرد که چگونه متیلاسیون DNA در CoRSIV تحت تأثیر ژنتیک قرار می گیرد. همبستگی بین یک واریانت ژنتیکی و متیلاسیون در یک مکان خاص CpG را مکان های صفت کمی متیلاسیون (mQTL) می گویند. بیش از 200 مطالعه در مورد mQTL انسانی گزارش شده است که تقریباً همه از آرایه های متیلاسیون تجاری استفاده می کنند.

این تیم رویکردی را برای هدف قرار دادن CoRSIV ها ایجاد کرد و متیلاسیون آنها را در نمونه های DNA از بافت های متعدد نزدیک به 200 فرد مورد مطالعه قرار داد. دکتر Chathura J. Gunasekara، نویسنده اول، تحلیلگر داده در آزمایشگاه واترلند، گفت: هنگامی که آنها نتایج خود را با نتایج بزرگترین مطالعه قبلی مقایسه کردند، “چیزی که ما دریافتیم تا حدودی شوکه کننده بود.” در مقایسه با قوی‌ترین مطالعه قبلی شامل 33000 نفر، مطالعه بسیار کوچک‌تر ما که بر روی CoRSIV متمرکز بود، 72 برابر mQTL بیشتری کشف کرد.

به دنبال توضیح این یافته شگفت‌انگیز، تیم کشف کردند که حدود 95 درصد از سایت‌های CpG در آرایه‌های متیلاسیون تجاری، تفاوت‌های متیلاسیون قابل‌توجهی را در بین افراد نشان نمی‌دهند. تنوع بین فردی، که دانشمندان آن را واریانس می نامند، پایه و اساس ارتباط های آماری است. بدون واریانس جمعیت، امکان تشخیص mQTL وجود ندارد.

این یافته همچنین باید حوزه اپیدمیولوژی اپی ژنتیک را شوکه کند. دکتر کریستین کوارفا، دانشیار زیست شناسی مولکولی و سلولی و در Dan L Duncan Comprehensive Cancer، می گوید: “واریانس جمعیت نه تنها برای تشخیص mQTL، بلکه برای تشخیص ارتباط بین متیلاسیون DNA و خطر بیماری نیز ضروری است.” مرکز و مرکز بهداشت محیطی دقیق در بیلور. در مقایسه با کاری که این حوزه انجام داده است، ما پیش‌بینی می‌کنیم که تمرکز بر روی CoRSIV‌ها، مطالعات مرتبط با اپی ژنوم را حدود 70 برابر قدرتمندتر می‌کند.

در واقع، CoRSIVs قبلاً با پیامدهای سلامتی متنوعی از جمله عملکرد تیروئید، شناخت، شکاف کام، اسکیزوفرنی، چاقی دوران کودکی و اختلال طیف اوتیسم مرتبط بوده است.

واترلند گفت: «گویی این سفر ماهیگیری عظیم و بسیار گران قیمت در 10 سال گذشته وجود داشته است، اما همه در مکان نامناسبی ماهیگیری کرده اند. ما امیدواریم که ابزار جدیدی که توسعه داده‌ایم پیشرفت در درک علت اپی ژنتیکی بیماری را تسریع کند.»