DNA methylation patterns associated with sleep difficulties and health-related quality of life
| Title: | DNA methylation patterns associated with sleep difficulties and health-related quality of life |
| Author(s): | MacKeith, Ada |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Medicine |
| Degree program: | Master's Programme in Translational Medicine |
| Specialisation: | Neuroscience and psychobiology |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2019 |
| Abstract: |
Uniongelmat ovat kasvaneet viimeisen vuosikymmenen aikana. Uniongelmilla ja unettomuudella on osoitettu olevan yhteys kasvaneeseen kuolleisuusriskiin, sekä useisiin monitekijäisiin sairauksiin kuten sepelvaltimotautiin, masennukseen, fibromyalgiaan ja Alzheimerin tautiin. Epigenomiikan avulla voidaan tutkia, kuinka ympäristölliset tekijät vaikuttavat genomiin epigeneettisten mekanismien, kuten DNA-metylaation, välityksellä. Tähän asti uniongelmia tutkivat epigenominlaajuiset assosiaatiotutkimukset ovat osoittaneet, että uniongelmaisilla henkilöillä esiintyy eriävää metylaatiota muuan muassa neuroplastisuuteen ja neurodegeneraatioon liittyvissä biologisissa prosesseissa. Tarvitaan kuitenkin lisää tietoa siitä, minkä asteiset uniongelmat vaikuttavat metylomiin.
Tässä tutkielmassa tutkittiin kasvavien uniongelmien vaikutusta DNA-metylaatioon epigenominlaajuisella assosiaatiotutkimuksella. Tutkimuksen koehenkilöt tulevat Terveys 2000-väestötutkimuksesta, jonka aikana he olivat antaneet kokoverinäytteet. Koehenkilöt jaettiin kolmeen eri ryhmään itsearvioitujen uniongelmien vaikeusasteen perusteella. Kokoverinäytteestä eristetyn DNA:n metylaatiomittaukset toteutettiin Illumina Infinium MethylationEPIC-alustalla, joka kattaa yli 850,000 CpG-aluetta. Eriävästi metyloituneiden alueiden havaitsemiseksi käytettiin moniulotteista regressiomallia, jossa kovariaatteina olivat mukana ikä, sukupuoli, tupakointi, alkoholinkäyttö, leukosyyttijakauma sekä koetinsiruun liittyviä teknisiä tietoja.
Yksikään CpG-alue ei ollut monivertailukorjauksen jälkeen merkittävän eriävästi metyloitunut. Jotta saataisiin lisää tietoa siitä, mihin biologisiin prosesseihin metyloituneet alueet liittyvät, jatkoanalyyseihin valittiin ne CpG-alueet, joiden p-arvo ennen monivertailukorjausta oli <0.0005. Nämä alueet annotoitiin geeneihin, joiden perusteella toteutettiin signalointireittianalyysi. Merkittäviä signalointireittejä olivat muun muassa oksitosiini- ja serotoniinireseptorivälitteiset signalointireitit sekä Alzheimerin tautiin liittyvä amyloidisekretaasi-signalointireitti. Kaiken kaikkiaan merkittäviä signalointireittejä oli kuusi, joissa esiintyi yhteensä kaksitoista eri geeniä. Lisäksi tehtiin post-hoc regressioanalyysi näiden kahdentoista geenin, ja niihin liittyvän CpG-alueen, sekä terveyteen liittyvää elämänlaatua mittaavien kyselyvastausten välillä. Merkittävinä tuloksina nousivat esiin useiden alueiden assosiaatiot unen sekä häiritsevien oireiden (ml. kipu) välillä. Lisäanalyysinä tehtiin tietokantahaku näiden kahdentoista geenin toiminnallisuudesta ilmiasun tasolla, jonka tuloksina nousi esiin muutamien geenivarianttien assosiaatioita unen, Alzheimerin taudin ja kognitiivisen suorituskyvyn välillä. Alzheimerin tautiin ja kognitiiviseen suorituskykyyn liittyvät löydökset vaativat lisää tutkimusta samankaltaisella asetelmalla, ehkä hieman suuremmalla otoskoolla.
Sleep difficulties have been on the rise for the past decade. Insomnia and sleep difficulties have associations with an increased risk of overall mortality, as well as with a diverse array of complex diseases, such as coronary heart disease, major depressive disorder, fibromyalgia and Alzheimer’s disease. Epigenomics provides information on how environmental factors influence the genome via epigenetic mechanisms, such as DNA methylation. Thus far, epigenome-wide association studies looking at the effects of sleep disturbances on the methylome have provided evidence of distinctive methylation patterns in insufficient sleep, involving biological processes related to neuroplasticity and neurodegeneration. However, more knowledge is needed to determine how the severity of sleeping difficulties influence the methylome.
This thesis investigates the effects of increasing sleep difficulties on DNA methylation with an epigenome-wide association study. The study sample is derived from the Health 2000 general population survey. Subjects were divided into three different groups by their self-reported level of sleeping difficulty, and methylation measurements performed from whole blood samples utilizing the Illumina Infinium MethylationEPIC kit, encompassing >850,000 CpG sites. To identify differentially methylated sites, a multivariable regression model was used with age, gender, smoking, alcohol use, cell type distribution and plate and array data as covariates.
None of the differentially methylated CpG sites identified remained significant after multiple testing correction. To gain more information regarding which biological processes the methylated sites may be part of, those CpG sites with an uncorrected p-value of <0.0005 were subjected to pathway analysis. Notable significant pathways included oxytocin- and serotonin receptor-mediated signalling pathways and Alzheimer’s disease-amyloid secretase pathway. Altogether, six pathways remained significant after multiple testing correction, with a total of 12 different genes appearing in them. Furthermore, a post-hoc regression analysis was conducted between these 12 genes and their corresponding CpG sites, and health-related quality of life questionnaire responses. Significant results included associations between sleep, and discomfort and symptoms (including pain). As an additional analysis, a database search was conducted to learn more about the genes’ functionality at the level of phenotype. Results included some variant trait associations to sleep, Alzheimer’s disease and cognitive performance. The associations to Alzheimer’s disease and cognitive performance warrant further research with a similar additive model, perhaps with a larger sample.
|
| Keyword(s): | Epigenetics epigenome-wide association study sleep difficulties insomnia pathway analysis |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| MacKeith_Ada_pro_gradu_2019.pdf | 2.392Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Medicine [2195]