Понимание биологических механизмов, с помощью которых ранние психосоциальные невзгоды, связанные с долгосрочными проблемами психического здоровья, могут способствовать разработке эффективных стратегий скрининга, вмешательства и решений в области политики здравоохранения. Недавние исследования сосредоточены на том, в какой степени неблагоприятные факторы нарушают регуляцию генов эпигенетическими процессами, обеспечивая тем самым механизм, с помощью которого окружающая среда может оказывать долговременное воздействие на поддающиеся измерению фенотипы психического здоровья. Высокопрофильные исследования показывают, что эпигенетические изменения, связанные с ранними тяготами и даже с выбором образа жизни, наблюдаются на протяжении всей жизни и что эти долгосрочные эпигенетические изменения связаны с риском для ряда исходов для здоровья.
Они в целом сосредоточены на метилировании ДНК (ДНКм) по двум причинам: в настоящее время это наиболее понятный эпигенетический механизм и легкодоступные технологии на основе массивов, которые обеспечивают охват сотен тысяч мест метилирования генома. Такое сочетание фундаментальной науки и геномной технологии способствовало проведению многочисленных эпигеномных исследований ассоциаций (ЭВАС), что позволяет проводить "безгипотезные" обследования в связи с неблагоприятными условиями и/или проблемами психического здоровья. Логика, лежащая в основе ЭВАС, сопоставима с данными полученными в рамках генома человека (ГВАС). Вместо того, чтобы фокусироваться на ДНК в непосредственной близости от генов-кандидатов, геном проверяется на ДНК, что позволяет получить более полное представление об изменениях, связанных со сложным заболеванием. Как и в случае с ГВАС, несмотря на их "безгипотезный" ярлык, результаты ЭВАС фактически зависят от нескольких априори гипотез, продиктованных конструкцией платформ ЭВАС, а также предположениями о значимости биологической ткани для изучаемых фенотипов психического здоровья. В данной статье рассматриваются три скрытые гипотезы и даются рекомендации, которые в совокупности будут полезны при разработке и интерпретации проектов ЭВАС.
Скрытая гипотеза 1: охват ЭВАС достаточен для решения сложных психиатрических проблем
Массивные платформы получили широкое распространение в психологических исследованиях, в основном благодаря простоте их использования, относительно высокой пропускной способности, а также хорошо стандартизированным и проверенным трубопроводам для обработки, контроля качества и методов анализа. В частности, в сетях Лумина 450k и ЭПИК имеется 480 000-850 000 зондов, нацеленных почти на 99% генов RefSeq, а также ряд других геномных категорий, таких как СпДж острова, берега и шельфы, промоторы и усилители миРНК, на которые транскрипция ДНК может оказывать влияние и/или влиять в дистальных геномных регионах. По сравнению с Лумина 450k, более новая матрица Лумина ЭПИК 850k обеспечивает более широкий охват усилителей ЭНКОД и ФАНТОМ5 и демонстрирует более высокое генетическое воздействие на ДНК зонды. Тем не менее, эти микрочипы ограничены по количеству мест, которые они могут оценить, и поэтому не имеют истинных измерений в масштабе всего генома.
Кроме того, в процессе проектирования сетей 450k и ЭПИК участки КПГ были выбраны в качестве потенциально биологически информативных на основе консультаций с консорциумом экспертов по метилированию ДНК. Хотя охват генов и СпДж островов на этих микрочипах является исчерпывающим, он не представляет полной картины метилированных цитозинов по всему геному.
Скрытая гипотеза 2: Периферийные ткани имеют значение для проблемы психического здоровья.
Вторая скрытая гипотеза относится к ткани, которая используется для количественной оценки ДНК. Большинство исследований в области психического здоровья основано на профилях ДНК, полученных из периферийных тканей живых людей, таких как кровь и слюна. Однако при исследовании таких исходов, как поведенческие расстройства или депрессия, мозг часто является основной тканью, представляющей интерес, когда речь заходит о механистической интерпретации результатов. Соответствие метилирующих профилей крови и слюны мозгу на самом деле весьма ограничено, но может быть выше при генетическом воздействии перекрестных тканей. Это является серьезным недостатком, если исследователь хочет использовать периферическую ткань в качестве суррогата центральной нервной системы. Один из многообещающих путей - установить ДНК.
В качестве биомаркера психических заболеваний. Биомаркер не обязательно должен быть механическим. Действительно, биомаркеры на основе крови используются для диагностики, прогнозирования риска, мониторинга заболеваний и/или лечения онкологических, сердечно-сосудистых и инфекционных заболеваний. Однако даже в рамках структуры биомаркеров часто предполагается, что отдельные периферийные ткани взаимозаменяемы и одинаково подходят для обнаружения биомаркеров, хотя на самом деле весьма вероятно, что сами периферийные ткани по-разному соответствуют неблагоприятным факторам окружающей среды и/или состоянию заболевания.
Скрытая гипотеза 3: биологическая значимость для интересующего нас фенотипа
Последняя гипотеза связана с предположением, что биология может быть информативной для самого фенотипа. Фокусные фенотипы в исследованиях психического здоровья часто бывают сложными и многократно определяемыми. Отсутствие установленных надежных биомаркеров психических заболеваний может свидетельствовать о том, что некоторые из этих признаков могут быть тесно связаны с обнаруживаемыми биологическими процессами. Более того, ассоциации размеров эффектов в ЭВАС часто очень малы, что наводит на мысль о том, что - хотя это и важно - разграничение значения ДНКма в этиологии фенотипа психического здоровья может оказаться трудным.
Возможно, неудивительно, что тогда большинство ЭВАС в области психического здоровья включают в себя определенную форму анализа генной онтологии, в котором задается вопрос о роли более крупных биологических систем, основанных на существующих базах данных. Результатом такого анализа являются общие утверждения, такие как "нейроразвитие" или "иммунная система", вовлеченные в этиологию данного фенотипа. Действительно ли эти широкие категории играют существенную роль в этиологии проблемы психического здоровья, зачастую трудно определить, учитывая пост-систематический характер интерпретации. В связи с этим, многие ЭВАС пытались сделать вывод о влиянии наблюдаемых вариаций ДНК вниз по течению, таких как различия в экспрессии генов.
Многие из этих исследований обнаруживают очень мало функциональных взаимосвязей, но небольшое число сообщают о биологических ассоциациях ниже по течению. В целом, оказалось трудным точно определить биологическую значимость наблюдаемых изменений ДНК, связанных с ЭВАС, даже если они находятся в генах, которые кажутся "правдоподобными" на основании заявленной функциональности и предыдущей литературы.
Рекомендация для скрытой гипотезы 1
Альтернативой использованию массивов с ограниченным охватом является использование подходов, основанных на секвенировании следующего поколения, для опроса всего метилома. Однако эти методологии сопряжены с большими затратами средств и времени. Несмотря на ограничения, описанные выше, прагматичный и стратегический дизайн исследования может максимизировать полезность и интерпретацию результатов массивов Лумина 450k и ЭПИК. Например, для исследователей, заинтересованных в работе с КПГ, которые могут ассоциироваться с "мозговыми" психическими заболеваниями, набор КПГ априори может быть выделен из массива данных, который все еще может охватывать тысячи локусов.
Предложение состоит в том, чтобы расставить приоритеты КПГ в биологических системах, которые, как известно, связаны с изменением в образцах мозга вскрытия или даже структурной или функциональной визуализации мозга, если это представляет первостепенный интерес для исследователя. Вторая рекомендация по оптимизации использования ПГНК EWAS заключается в адресовании зондов с лежащим в их основе генетическим влиянием - количественными локусами признаков метилирования. Этот подход может иметь то преимущество, что согласованность перекрестных тканей оказывается выше для КПГ, которые оказывают генетическое влияние на перекрестные ткани. Еще одним преимуществом МКТЛ является то, что КПГ, находящиеся под значительным генетическим влиянием, менее подвержены запутанности. Однако, хотя МКТЛ представляют собой подход, заслуживающий внимания, это относительно новая область, и в настоящее время существует небольшая доля мест метилирования с последовательно регистрируемыми МКТЛ. Кроме того, масштабная и подробная информация о МКТЛ, специфичных для тканей, все еще является скудной.
Рекомендация для скрытой гипотезы 2: периферические ткани и фенотип
Одна из стратегий максимизации интерпретируемости проектов ЭВАС заключается в изучении ДНК как биомаркера проблем психического здоровья, которые имеют механическое обоснование в тканях, отличных от мозга, таких как кровь. Широкий спектр психических расстройств был связан с иммунной функцией, как измеряется. периферическим воспалением. Кроме того, исследования на животных и рост числа свидетельств у людей подтверждают, что маркеры периферических воспалений могут влиять на участки головного мозга, затронутые определенными психическими расстройствами. Следовательно, иммунные процессы и ДНК, связанные с бедствиями, могут быть хорошо измерены в образцах крови. Для того чтобы биомаркеры были полезны, они должны быть экономически эффективными, извлекаться из доступных тканей и прогнозировать будущие риски. Установить биомаркеры мозговых расстройств оказалось сложнее. ЭВАС на тканях крови в 13 когортах населения и сообщили, что композитный биомаркер дискриминирует лиц, употребляющих алкоголь, по сравнению с лицами, не употребляющими алкоголь. Поэтому было высказано предположение о возможности разработки теста ДНК-диагностики на основе крови. Важно отметить, однако, что в дополнение к методологическим соображениям исследование было перекрестным, поэтому использование этого конкретного биомаркера в качестве предиктора будущего потребления алкоголя может оказаться затруднительным, поскольку изменение ДНК может быть результатом хронического употребления.
Рекомендация для скрытой гипотезы 3: фенотип и биология
Было выдвинуто несколько предложений по решению сложной природы биологии, которая может лежать в основе проблем психического здоровья. В частности, в рамках инициативы "Критерии домена исследований" были предложены альтернативные подходы к изучению психических заболеваний путем интеграции различных уровней информации, включая генетику, нейросхемы и поведение. Исследования на основе метилирования могут быть интегрированы в перспективу ГРД. Здесь исследователи могут использовать двухэтапный анализ, сначала исследуя эпигенетическое воздействие на промежуточные измерения психического здоровья, а затем, используя результаты в качестве биомаркеров, исследовать более сложные фенотипы. На втором этапе результаты EWAS могут быть использованы для создания полиэпигенетических генетических биомаркеров, которые будут ассоциироваться с данным заболеванием. На этом двухэтапном периоде ЭВАС могут быть изучены эпигенетические изменения, связанные с предшественниками диагностированных психических заболеваний, которые могли бы быть более полезными в качестве биомаркера риска, чем биомаркер фактического диагноза.