DNA甲基化不足影響水腫性嚴重急性營養(yǎng)不良

   嚴重急性營養(yǎng)不良（SAM）每年直接或間接導致數(shù)百萬的5歲以下兒童死亡。SAM有兩種表型-水腫SAM（ESAM），其包括kwashiorkor and marasmic-kwashiorkor的癥狀，和非水腫SAM（NESAM）或消瘦的癥狀。NESAM通常以體重減輕和消瘦為特征，而ESAM則以雙側(cè)點性浮腫的存在為特征，并且通常具有更明顯，更嚴重的多器官功能障礙，包括肝，造血和胃腸道功能障礙，以及皮膚和頭發(fā)異常。
   兒童急性ESAM沒有明確的分子或遺傳相關性；然而，ESAM和NESAM在1-碳循環(huán)的組成代謝物的通量具有生化差異。在穩(wěn)態(tài)補料期間，盡管仍然病重，但ESAM患者在將甲硫氨酸轉(zhuǎn)化為S-腺苷甲硫氨酸（SAM）時，其必需氨基酸甲硫氨酸的濃度明顯降低，且甲基基團和總甲硫氨酸通量顯著降低。SAM-e是細胞組分甲基化所需的甲基的主要來源，包括DNA的甲基化在有絲分裂期間。從SAM恢復后，未觀察到ESAM和NESAM在1碳代謝上的這些差異，這意味著營養(yǎng)和飲食的恢復涉及急性病期間生化變化的逆轉(zhuǎn)。雖然以前的研究表明，在個人改變DNA甲基化與嚴重急性營養(yǎng)不良的歷史更普遍的，沒有人比較過水腫和非水腫形式的SAM之間的DNA甲基化，特別是在急性疾病期間。由于僅在急性營養(yǎng)不良時才表現(xiàn)出兩種形式的SAM的表型差異，因此在急性疾病期間發(fā)生的伴隨分子變化可能潛在地突出了不同病理生理的重要驅(qū)動因素。我們假設在有絲分裂率高的細胞中，與NESAM對應者相比，患有ESAM的重癥兒童的DNA甲基化程度較低，而恢復的SAM個體之間的甲基化差異則不會那么明顯。考慮到DNA甲基化，基因調(diào)控和序列變異之間的相互關系，
   2019年12月，Katharina V Schulze等人在nature communications發(fā)表一篇 “Edematous severe acute malnutrition is characterized by hypomethylation of DNA.”的SCI文章。在這篇文章里，作者使用450 K微陣列評估309名SAM兒童的口頰細胞的全基因組DNA甲基化。相對于NESAM，ESAM的特征是多個明顯的甲基化程度較低的基因座，這在SAM恢復的成年人中未觀察到?；虮磉_和甲基化顯示正相關和負相關，表明對SAM的復雜轉(zhuǎn)錄反應。次甲基化基因座與營養(yǎng)和代謝異常有關，包括脂肪肝和糖尿病，并且似乎受到遺傳變異的影響。作者的表觀遺傳學發(fā)現(xiàn)為ESAM中報道的異常1-碳代謝提供了潛在的分子聯(lián)系，并支持在ESAM疾病中考慮補充甲基治療。
整個隊列位置和時間點的采樣時間表概述：

   該樣本來自Malawi and Jamaica-309名預期招募的急性病兒童（DC）；65名來自牙Jamaica的成年SAM幸存者，他們是在在急性營養(yǎng)不良事件發(fā)生后16年或更長時間后招募的（DL）。

一、DNA的甲基化不足是急性ESAM的特征

   ESAM中的DNA低甲基化。a將每個基因座的基因組位置相對于其-log 10（P值）作圖。從內(nèi)環(huán)到最外環(huán)，分別是恢復（DL）單點，急性（DC）單點和基于DC簇的差異甲基化結(jié)果。紅線表示每次分析的Bonferroni重要閾值。黑色（N ?= 157）和紅色點（N ?= 166）在各自的分析中均通過了顯著性閾值。繪圖周圍的基因符號表示甲基化顯著差異的簇（外環(huán)）的10 kb之內(nèi)的基因。藍色的基因符號在ESAM中被低甲基化，橙色的基因符號被高甲基化。b所有DC單個站點之間的影響大小的火山圖。C Malawi and JamaicaDC樣本在N ?= 157個Bonferroni顯著單CpG位點的效應大小和調(diào)整后的統(tǒng)計顯著性的一致性；在每個國家/地區(qū)的分析中，有十個站點對年齡敏感，因此被忽略（方法）。所有P值均基于回歸分析的t檢驗結(jié)果。
結(jié)果：與NESAM相比，在166個重要DMC中，除兩組中共有的差異甲基化簇DMC外，其他所有分子均被甲基化。

二、低甲基化對基因表達有不同的影響

   基因特征富集和表達分析。A 通過對急性營養(yǎng)不良兒童的分析，對顯著差異甲基化簇（DMC）中的CpG探針進行了基因注釋富集分析。通過耗竭或富集的超幾何測試比較P值，比較?所有被測試的背景CpG探針的N = 420,500和?DMC 中N = 630 CpG探針的子集。B在另外20名患有SAM的Malawi兒童中，在重要DMC內(nèi)的各個CpG探針處，平均甲基化與10 kb內(nèi)高表達基因的平均表達之間的個體內(nèi)相關（Spearman）。水平黑條表示中位數(shù)相關系數(shù)，虛線表示零相關性，虛線表示閾值，超過該閾值相關性達到統(tǒng)計顯著性（算法AS 89 t檢驗，P ?<0.05）。5'UTR：5-prime非翻譯區(qū)，TSS1500：距轉(zhuǎn)錄起始位點1500 bp以內(nèi)，TSS200：距轉(zhuǎn)錄起始位點200 bp以內(nèi)，3'UTR：3-prime非翻譯區(qū)，IGR：基因間區(qū)。C .DMC重疊MED24中 SAM類型的beta值甲基化水平（左圖，N ESAM ?= 164個樣本，N NESAM ?= 145個樣本）旁邊的散點圖顯示了含DMC 的MED24中探針的甲基化水平與MED24的表達值之間的關系（中圖和右圖）。灰色虛線表示線性模型擬合，而rho值表示Spearman相關系數(shù)。
   結(jié)果：DMC內(nèi)的CpGs在基因體上顯著富集（即編碼外顯子和內(nèi)含子；超幾何檢驗，P ?<1.4×10 -6），并且在轉(zhuǎn)錄起始位點（TSS）上游和第一個外顯子的調(diào)節(jié)區(qū)相對減少。在其他基因區(qū)域，特別是在基因體上，CpG甲基化與基因表達顯示出顯著的正相關和負相關，表明對急性損傷的轉(zhuǎn)錄反應比原先預期的更為復雜。

三、差異甲基化基因座與營養(yǎng)和代謝有關

   ESAM中的疾病基因富集。A垂直軸上顯示了GWAS目錄（方法）中的實驗因子本體論（EFO），其中ESAM差異甲基化簇（DMC）中代表兩個或多個基因，并根據(jù)它們共享的父EFO進行了分組。疾病和基因之間的重疊由陰影框指示。與每個框相關的顏色鍵代表列出的EFO的每個基因的全基因組有效SNP數(shù)。B通過研究DMC（SGO；垂直軸）和人類表型本體（HPO）中與kwashiorkor相關的表型（KGO；水平軸）豐富的基因本體的加權富集值。默認情況下，在KGO列表中找不到的SGO的值為0，在KGO列表中和兩個列表的前四分位數(shù)中找到的SGO的值均為1。 SGO任期前的數(shù)字，并基于其總加權濃縮得分。作者對DMC所涵蓋的單個基因的更仔細的檢查揭示了一些對總體營養(yǎng)尤其是ESAM表型具有潛在重要性的候選基因。