Mitochondrial Genetic Determinants of Peripheral Blood Transcriptomics, DNA Methylation and Blood Pressure
Laaksonen, Jaakko (2022)
Laaksonen, Jaakko
Tampere University
2022
Lääketieteen ja biotieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Medicine and Life Sciences
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2022-11-18
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2555-8
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2555-8
Tiivistelmä
Ihmisen mitokondrio-DNA (mtDNA) on rengasmainen, n. 16 500 emäsparin mittainen 37:ää eri geeniä koodaava molekyyli. Kolmetoista näistä geeneistä muodostaa osia oksidatiivisen fosforylaation entsyymikomplekseihin, joiden avulla soluille tuotetaan kemiallista energiaa adenosiinitrifosfaatin muodossa. Suurin osa mitokondriossa vaikuttavista proteiineista on kuitenkin tuman DNA:n koodaamia. Jotta solujen toiminta sopeutuu asianmukaisesti alati muuttuviin olosuhteisiin, näiden kahden genomin välinen kahdensuuntainen vuorovaikutus saa aikaan muutoksia DNA:n metylaatiossa ja geenien ilmentymisessä. Myös mtDNA:n geneettisellä muuntelulla on osoitettu olevan oma vaikutuksensa näihin muutoksiin, mutta väestötasolla vaikutukset eivät kuitenkaan ole täysin tunnettuja. Mitokondrioiden keskeinen rooli elimistön aineenvaihdunnassa korostaa niiden mahdollista myötävaikutusta metabolisten häiriöiden kehittymisessä. MtDNA:n maternaalinen periytyminen on myös johtanut hypoteesiin, jonka mukaan mtDNA:n muuntelulla saattaa olla sukupuolen mukaan määräytyviä vaikutuksia.
Tämän työn tavoitteena oli tarkastella mtDNA:n yhden emäksen polymorfismien (mtSNP) assosiaatioita kokoverestä mitattuun genomin laajuiseen geenien ilmentyiseen ja DNA:n metylaatioon. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, vaikuttaako sukupuoli tai prediabetes, tyypin 2 diabeteksen esiaste, osaltaan näihin assosiaatioihin. Lisäksi tutkittiin mtDNA:n muuntelun yhteyttä verenpaineeseen.
Osatyössä I käytettiin Lasten sepelvaltimotaudin riskitekijät (LASERI) -aineistosta (n = 955) mitattua transkriptiodataa sekä rinnakkaissekvensoinnin avulla määritettyjä mtDNA-variantteja. Osatyössä II mtSNP:iden ja DNA:n metylaatiotasojen välisiä assosiaatioita selvitettiin ensin LASERI-aineistossa (n = 926), minkä jälkeen löydöksiä pyrittiin toistamaan Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health (LURIC) -kohortissa (n = 2317). Osatyössä III tutkittiin mtSNP:iden yhteyttä verenpaineeseen LASERI- (n = 1150) ja Finnish Cardiovascular Study (FINCAVAS) -aineistoissa (n = 3112) meta-analyysin keinoin. MtSNP:t määritettiin LURIC- ja FINCAVAS-aineistoissa DNA-mikrosiruja käyttämällä. Sukupuolen (I–III) ja prediabeteksen (I ja II) vaikutusta tutkittiin analysoimalla erikseen miehet ja naiset sekä prediabeetikot ja normoglykeemiset henkilöt ja vertailemalla assosiaatioiden efektikokoja ryhmien välillä.
Osatyössä I havaitiin yhteensä 53 merkitsevää assosiaatiota mtSNP:iden ja transkriptien välillä, koostuen seitsemästä eri geenistä ja 31 variantista. Eräät assosiaatiot oli jo aiemmin havaittu muissa tutkimuksissa, ja tässä työssä ne kyettiin replikoimaan. Ehdollistamisanalyysin jälkeen kahdeksan löydöstä säilyi merkitsevänä. Lisäksi viiden geenin ekpressiotasoissa oli eroja haploryhmien välillä. Prediabetes vaikutti yhden mtSNP:n ja geenitranskriptin väliseen yhteyteen, mutta sukupuolella ei ollut merkitsevää vaikutusta. Osatyössä II LASERI-aineistossa havaittiin aluksi lukuisia assosiaatiosignaaleja mtDNA-variaation ja metylaation välillä, joista 19 mtSNP- ja neljä haploryhmäsignaalia replikoitui LURIC-aineistossa ja säilyi lisäksi meta-analyysissä merkitsevänä koko epigenomin tasolla. Kaksi tunnistetuista metylaatiokohdista oli yhteydessä geeniekspressioon LASERI-aineistossa. Samassa aineistossa havaittiin myös useita assosiaatioita, joihin sukupuolella tai prediabeteksellä oli merkitsevä vaikutus, mutta nämä tulokset eivät toistuneet LURIC-aineistossa. Osatyössä III ei havaittu viitteitä siitä, että mtDNA:n variaatiolla olisi merkitsevää yhteyttä verenpaineeseen tai että sukupuolikaan vaikuttaisi näihin assosiaatiosignaaleihin.
Tässä työssä sekä osoitetaan uusia että replikoidaan jo aiemmissa tutkimuksissa julkaistuja mtDNA:n variaation ja geeniekspression välisiä assosiaatiosignaaleja, ja DNA:n metylaation ja mtDNA-variaation välisiä yhteyksiä tutkitaan ensimmäistä kertaa väestötason kohorteissa. Osa tunnistetuista geenitranskripteistä ja metylaatiokohdista voidaan yhdistää mitokondrioissa tapahtuviin prosesseihin, ja tulokset voivatkin edustaa tuman ja mitokondrioiden välistä, solutason homeostaasin ylläpitämiseksi tapahtuvaa signalointia. Assosiaatiosignaalit geeniekspression ja metylaation välillä eivät kuitenkaan vastanneet toisiaan. Tämä tarkoittaa, että mikäli mtDNA- variaation ja geeniekspression välillä on kausaalinen yhteys, säätelymekanismit eivät ole metylaatiovälitteisiä. Useat aiemmatkin tutkimukset ovat viitanneet siihen, ettei mtDNA:n variaatiolla näytä olevan merkittävää vaikutusta verenpaineeseen. Vakuuttavaa osoitusta sukupuolen tai prediabeteksen vaikutuksesta edellä mainittuihin assosiaatiosignaaleihin ei havaittu.
Tämän työn tavoitteena oli tarkastella mtDNA:n yhden emäksen polymorfismien (mtSNP) assosiaatioita kokoverestä mitattuun genomin laajuiseen geenien ilmentyiseen ja DNA:n metylaatioon. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, vaikuttaako sukupuoli tai prediabetes, tyypin 2 diabeteksen esiaste, osaltaan näihin assosiaatioihin. Lisäksi tutkittiin mtDNA:n muuntelun yhteyttä verenpaineeseen.
Osatyössä I käytettiin Lasten sepelvaltimotaudin riskitekijät (LASERI) -aineistosta (n = 955) mitattua transkriptiodataa sekä rinnakkaissekvensoinnin avulla määritettyjä mtDNA-variantteja. Osatyössä II mtSNP:iden ja DNA:n metylaatiotasojen välisiä assosiaatioita selvitettiin ensin LASERI-aineistossa (n = 926), minkä jälkeen löydöksiä pyrittiin toistamaan Ludwigshafen Risk and Cardiovascular Health (LURIC) -kohortissa (n = 2317). Osatyössä III tutkittiin mtSNP:iden yhteyttä verenpaineeseen LASERI- (n = 1150) ja Finnish Cardiovascular Study (FINCAVAS) -aineistoissa (n = 3112) meta-analyysin keinoin. MtSNP:t määritettiin LURIC- ja FINCAVAS-aineistoissa DNA-mikrosiruja käyttämällä. Sukupuolen (I–III) ja prediabeteksen (I ja II) vaikutusta tutkittiin analysoimalla erikseen miehet ja naiset sekä prediabeetikot ja normoglykeemiset henkilöt ja vertailemalla assosiaatioiden efektikokoja ryhmien välillä.
Osatyössä I havaitiin yhteensä 53 merkitsevää assosiaatiota mtSNP:iden ja transkriptien välillä, koostuen seitsemästä eri geenistä ja 31 variantista. Eräät assosiaatiot oli jo aiemmin havaittu muissa tutkimuksissa, ja tässä työssä ne kyettiin replikoimaan. Ehdollistamisanalyysin jälkeen kahdeksan löydöstä säilyi merkitsevänä. Lisäksi viiden geenin ekpressiotasoissa oli eroja haploryhmien välillä. Prediabetes vaikutti yhden mtSNP:n ja geenitranskriptin väliseen yhteyteen, mutta sukupuolella ei ollut merkitsevää vaikutusta. Osatyössä II LASERI-aineistossa havaittiin aluksi lukuisia assosiaatiosignaaleja mtDNA-variaation ja metylaation välillä, joista 19 mtSNP- ja neljä haploryhmäsignaalia replikoitui LURIC-aineistossa ja säilyi lisäksi meta-analyysissä merkitsevänä koko epigenomin tasolla. Kaksi tunnistetuista metylaatiokohdista oli yhteydessä geeniekspressioon LASERI-aineistossa. Samassa aineistossa havaittiin myös useita assosiaatioita, joihin sukupuolella tai prediabeteksellä oli merkitsevä vaikutus, mutta nämä tulokset eivät toistuneet LURIC-aineistossa. Osatyössä III ei havaittu viitteitä siitä, että mtDNA:n variaatiolla olisi merkitsevää yhteyttä verenpaineeseen tai että sukupuolikaan vaikuttaisi näihin assosiaatiosignaaleihin.
Tässä työssä sekä osoitetaan uusia että replikoidaan jo aiemmissa tutkimuksissa julkaistuja mtDNA:n variaation ja geeniekspression välisiä assosiaatiosignaaleja, ja DNA:n metylaation ja mtDNA-variaation välisiä yhteyksiä tutkitaan ensimmäistä kertaa väestötason kohorteissa. Osa tunnistetuista geenitranskripteistä ja metylaatiokohdista voidaan yhdistää mitokondrioissa tapahtuviin prosesseihin, ja tulokset voivatkin edustaa tuman ja mitokondrioiden välistä, solutason homeostaasin ylläpitämiseksi tapahtuvaa signalointia. Assosiaatiosignaalit geeniekspression ja metylaation välillä eivät kuitenkaan vastanneet toisiaan. Tämä tarkoittaa, että mikäli mtDNA- variaation ja geeniekspression välillä on kausaalinen yhteys, säätelymekanismit eivät ole metylaatiovälitteisiä. Useat aiemmatkin tutkimukset ovat viitanneet siihen, ettei mtDNA:n variaatiolla näytä olevan merkittävää vaikutusta verenpaineeseen. Vakuuttavaa osoitusta sukupuolen tai prediabeteksen vaikutuksesta edellä mainittuihin assosiaatiosignaaleihin ei havaittu.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4891]