EWAS Revela Locais de Metilação Associados a Múltiplas Doenças Comuns

Estudos de associação em todo o epigenoma (EWAS) oferecer uma abordagem eficaz para explorar a base genética de doenças complexas e investigar a relação entre a metilação de CpG e os resultados de saúde associados. Os estudos de associação epigenética de doenças comuns (EWAS) normalmente envolvem a análise de DNA de sangue total e podem ser classificados em análises de prevalência e incidência. Estudos anteriores tinham tamanhos de amostra limitados, muitas vezes abaixo de 1000 indivíduos, e focavam em condições específicas, restringindo assim a identificação de locais de metilação associados a estados de doença. Consequentemente, há uma necessidade premente de EWAS em grande escala que abrangem múltiplos estados de doença dentro de uma única população, fornecendo informações sobre a relevância da metilação do DNA no sangue como um marcador periférico para doenças comuns.

Um estudo inovador intitulado "Análise Epigenómica Ampla Baseada em Sangue Revela Locais de Metilação Ligados a Múltiplas Doenças Comuns" foi recentemente publicado em PLOS MedicinaEste estudo foca na metilação do DNA, a modificação epigenética mais importante e amplamente estudada dos genes. A metilação do DNA ocorre principalmente em sítios de dinucleotídeo citosina-fosfato-guanina (CpG) e desempenha um papel vital em vários aspectos da função celular, estrutura dos cromossomas, desenvolvimento embrionário, envelhecimento, início de doenças e na interação entre o ambiente e o genoma. Compreender os mecanismos e funções da metilação do DNA possui um imenso potencial para avançar na pesquisa sobre saúde humana e doenças.

Em resposta a esta necessidade, a equipa de investigação realizou uma análise abrangente de EWAS na coorte Generation Scotland (GS), que compreendia 18.413 indivíduos com dados de metilação de DNA disponíveis. O seu estudo examinou a associação entre diferenças de metilação em locais CpG e a prevalência de 14 estados de doença, bem como a incidência de 19 estados de doença. Os resultados impressionantes identificaram mais de 100 locais de metilação CpG associados à prevalência de quatro estados de doença (cancro da mama, doença renal crónica, doença cardíaca isquémica e diabetes mellitus tipo 2) e à incidência de dois estados de doença (doença pulmonar obstrutiva crónica e diabetes mellitus tipo 2).

Desenho do estudo para análises epigenómicas em larga escala sobre estados de doença prevalentes e incidentes na Generation Scotland. (Hillary et al., 2023)

Análise Epigenómica da Prevalência de 14 Doenças

A prevalência de 14 doenças foi analisada através de uma abordagem epigenómica ampla. A equipa de investigação examinou a metilação do DNA em 752.722 locais CpG em amostras de sangue total de 18.413 participantes. Integraram estes dados de metilação do DNA com informações sobre doenças auto-relatadas do estudo inicial para conduzir um Estudo de Associação Epigenómica Ampla (EWAS) sobre estes 14 estados de doenças comuns.

Estudos de associação em todo o epigenoma sobre 14 estados de doença prevalentes na Generation Scotland. (Hillary et al., 2023)

Inicialmente, utilizando um modelo base, os investigadores identificaram 1.340 associações significativas entre a metilação de CpG no sangue e 10 doenças. Notavelmente, mais de 90% dessas associações estavam ligadas ao diabetes tipo 2, doença pulmonar obstrutiva crónica (DPOC) e dor crónica.

Para contabilizar potenciais fatores de confusão, a equipa de investigação ajustou completamente o modelo, considerando os efeitos de cinco fatores de risco de estilo de vida comuns e dados demográficos: consumo de álcool, índice de massa corporal, nível de pobreza, tabagismo e anos de escolaridade. No modelo totalmente ajustado, encontraram 78 associações com 8 estados de doença, das quais 69 associações se sobrepuseram às associações encontradas no modelo básico. Estas 69 associações foram distribuídas por 4 estados de doença: doença renal crónica, doença cardíaca isquémica, cancro da mama e diabetes tipo 2.

De particular interesse, a análise revelou que os participantes com um histórico auto-relatado de câncer de mama apresentaram hipometilação de cg06072257 e cg06123699, que estão localizados perto de UBIAD1 e TPRG1 nos cromossomos 1 e 3, respetivamente. Além disso, as metilações CpG anotadas como ABCG1, DHCR24 e MYLIP eram mais prevalentes em indivíduos com doença cardíaca isquémica e diabetes tipo 2.

Explorando 19 surtos de doenças através de uma análise epigenómica ampla

Usando a ligação de registos de saúde eletrónicos e monitorização a longo prazo, um grupo de investigadores investigou 19 estados de doença emergentes. Realizaram um Estudo de Associação em Todo o Epigenoma (EWAS) para determinar se os locais de metilação CpG identificados durante o estudo base poderiam estar ligados ao surgimento futuro destas 19 doenças.

Estudos de associação em todo o epigenoma sobre 19 estados de doença incidentes na Generation Scotland. (Hillary et al., 2023)

No modelo inicial, a equipa descobriu 14.237 associações entre a metilação de CpG e a incidência de 11 estados de doença. Notavelmente, 79,4% dessas associações estavam ligadas à DPOC, enquanto 18,7% estavam relacionadas com diabetes tipo 2.

Ao empregar um modelo totalmente ajustado, os investigadores identificaram 79 associações únicas em 5 estados de doença. Surpreendentemente, apenas 64 associações permaneceram consistentes entre os modelos básico e totalmente ajustado, envolvendo especificamente DPOC e diabetes tipo 2.

Entre os genes anotados com CpG associados à DPOC estavam ALPG, C11orf91, CPOX, GPR15, HLA-DRB5 e PRSS23. Por outro lado, os genes anotados com CpG ligados ao diabetes tipo 2 incluíam ABCA1, ABCG1, CPT1A, SREBF1, SLC7A11, SLC7A5 e TXNIP.

Para aprofundar, a equipa examinou o modelo totalmente ajustado e testou a influência de cinco fatores de risco de estilo de vida comuns nas associações mencionadas. Descobriram que cada covariável tinha um efeito atenuante diferente nos tamanhos dos efeitos, variando de 5,5% para o índice de massa corporal a 63,1% para o tabagismo. Esses efeitos variaram com base nos perfis de risco únicos de diferentes estados de doença.

Aproveitando uma das maiores bases de dados de metilação a nível mundial, a equipa de investigação iniciou uma série de EWAS para explorar a prevalência e incidência de múltiplos estados de doença. Para complementar as suas descobertas, realizaram uma revisão abrangente da literatura existente em grande escala. Através de uma comparação meticulosa entre os resultados deste estudo e os dados recolhidos, a equipa revelou 58 associações anteriormente desconhecidas com a prevalência de três estados de doença—cancro da mama, doença cardíaca isquémica e diabetes tipo 2. Adicionalmente, descobriram 56 novas conexões entre locais de metilação CpG e a incidência de dois estados de doença—DPOC e diabetes tipo 2—que eram independentes de fatores de risco comuns relacionados com o estilo de vida. As implicações deste estudo sugerem que a metilação do DNA no sangue poderia servir como um biomarcador periférico valioso para várias condições de doença generalizadas, incluindo cancro da mama, doença cardiopulmonar e diabetes tipo 2.

Referências:

1. Hillary, Robert F., et al. "Análises epigenómicas baseadas em sangue de 19 estados de doenças comuns: Um estudo de coorte ligado, longitudinal e baseado na população de 18.413 indivíduos escoceses." PLoS Medicina 20.7 (2023): e1004247.