Estudios Sobre Gemelos Resumen

Estudios sobre Gemelos Una perspectiva, epigenética TERMINOLOGÍA Epigenética •Estado activo del genoma (dinámica de edad): cambios en patrones de metilación y acetilación, tanto en histonas como en islas CpG. También se pueden observar dado determinadas patologías.

• Se observan capas de regulación genética: –Remodelación de cromatina (islas CpG) –Modificación de histonas (acetilación, metilación, ubiquitinación)

•Metilación (5mC) está asociada a: –Silenciamiento –Compactación cromatina –Estabilidad cromosómica –Supresión de recombinación homóloga entre repeticiones –Defensa genómica –Inactivación X

•Histonas: Variaciones y modificaciones en el extremo N-terminal, por ejemplo: acetilación, metilación y fosforilación. Estas modificaciones: –Determinan el acceso al DNA de proteínas que están asociadas a la cromatina –Producen transiciones dinámicas entre zonas transcripcionalmente activas y silenciadas –Acetilación (colas de histonas), especialmente la H3 y H4, está generalmente asociada a activación transcripcional ESTUDIOS SOBRE GEMELOS Las características humanas genéticamente complejas son difíciles de analizar, puesto que se presentan sesgos por problemas en la evaluación fenotípica, en el seguimiento a través del tiempo, ruido=ambiente (ej: variación desarrollo).

•Los estudios de ligamiento y de desequilibrio de ligamiento son entonces LIMITADOS •Estudios animales no toman en cuenta ambiente humano En los estudios de gemelos se minimizan o se eliminan estas fuentes de error, por lo que se puede analizar la Interacción: Genotipo / Ambiente. Se han creado dos tipos de Diseños:

–Diseño Adopción de Gemelos (Twin adoption design) –Diseño de Gemelos (Twin design) ANÁLISIS DE LOS ESTUDIOS SOBRE GEMELOS

•Es además posible el estudio de la Heredabilidad (h): que es 2 veces la diferencia de las correlaciones MZ – DZ •Análisis de Varianza: ANOVA: –Hipótesis nula: varianza de 2 grupos es “igual”, usualmente se analiza la varianza entre y dentro de grupos (MZ y DZ, por ejemplo)

•Correlación Intraclase –Mide fuerza y dirección de similitud entre dos variables, con valores normalizados entre [-1, 1].

•Modelo de Ecuación Estructural (Structural Equation Modeling) –Se establecen: Variables no observadas o no calculadas (ambiente) y Variables observadas –Las variables no observadas son las que causan que modifican el efecto del genotipo en el fenotipo de los individuos –Se Calculan los coeficientes de regresión

•Extender MZ-DZ a padres, hijos, esposas, descendencia… permiten analizar: transmisión cultural, relación genotipo/ambiente, el apareamiento no al azar, las interacciones sociales dentro y entre generaciones

•Los diseños multivariados son muy comunes: analizan más de un fenotipo y crean una asociación de comorbilidad (comorbidity) (dos características o enfermedades asociadas)

•Estudios de casos control (ej: vit C o enfermedades donde un gemelo es “suplementado” con la vitamina y el otro no) •También se puede, genéticamente, evaluar el valor genético, penetrancia, QTLs… GEMELOS MONOZIGÓTICOS

•1/250 nacimientos •Genéticamente idénticos / leves diferencias fenotípicas •Permite evaluar el factor ambiental en fenotipos •La concordancia entre gemelos MZ establece el límite superior para las predicciones de riesgo individual, basado en la secuencia genómica

•Las diferencias fenotípicas entre MZ pueden ser aparentemente explicadas por: diferencias placenta, en saco amniótico, vascularización de las masas celulares separadas y mosaicismo y por perfiles epigenéticos (asociación directa entre el factor ambiental y fenotípico) EPIGENETIC DIFFERENCES ARISE DURING THE LIFETIME OF MZ TWINS (Fraga et. al 2005, España) Se analizaron: 80 voluntarios (30 hombres), edad promedio 30,6 años (3 a 74 años), gemelos MZ monocóriónicos y dicoriónicos y se determinó su homocigosis determinada por microsatélites. Statistics (Fraga et. Al 2005, España)

•Se realizó el establecimiento valor variables epigenéticas: 5mC, AcH3 y AcH4 •La similitud entre MZ se determinó mediante: Euclidean Square Distance (ESD), que se puede ver como la distancia real entre dos puntos xik y xjk elevada al cuadrado dij 2 = ∑k wijk (xik - xjk) 2 ∑k wijk

•Se establecieron 2 variables independientes: –Edad: edad, peso, altura, desarrollo ontogénico –Salud: enfermedades y tratamientos farmacológicos

•Usando ESD se analizaron las variables por el Categorical Principal Component Análisis (SPSS Software) –El cual utiliza datos categóricos (que se pueden dividir en categorías o grupos, por ejemplo edad en este estudio se dividieron los gemelos en jóvenes y viejos) –Generaliza los principales componentes de varianza –Localiza variables con niveles mixtos de medición –Y el análisis se realiza variable por variable

•ANOVA –Se utilizó para la identificación de modelos de efectos mixtos y estimar contribución cada efecto al azar a varianza de la variable dependiente

•Se estimó la relación Edad y Salud y Epigenética y fue evaluada por la Prueba de Pearson (Prueba X2) Resultados

•Patrones de Inactivación de cromosoma X:

–81%: igual y un 19%: diferente –Aparentemente la discordancia genética puede producirse en etapas desarrollo temprano

•Contenido 5mC, acetilación H3 y H4 –65% 5mC genómico idéntico y niveles de acetilación general H3 y H4 –35% 5mC H3 y H4 fueron significativamente diferentes –Directa asociación diferencias epigenéticas y edad (Prueba de Pearson) –ESD es mayor en los MZ viejos que jóvenes y aquellos MZ que compartieron menos, poseen mayores diferencias epigenéticas

•Otras pruebas como la Hibridación competitiva genómica de ADN metilado, diferencias en la metilación global de las islas CpG, en regiones promotoras de single-copy genes y análisis DNA array concuerdan con los anteriores resultados CONCLUSIONES GENERALES •Diferencias fenotípicas en MZ son dadas por el efecto que el ambiente tiene sobre la expresión fenotípica •Las modificaciones epigenéticas están asociadas al ambiente interno y externo •Este es un análisis indirecto, puesto que se está evaluando al ambiente en eventos epigenéticos (acetilación de las histonas H3 y H4 y metilación) •Fenotipos son parcialmente heredados epigenéticamente, pueden darse eventos estocásticos o por una causa ambiental (ej: carcinogénesis) •Similaridades epigenéticas indican similitud? Finalmente dentro de la ecuación actual que describe el valor fenotípico se debería incluir el valor del cambio epigenético: P = G + E + Epi BIBLIOGRAFÍA

•Fraga et. al. 2005. Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. PNAS. 102: 30. •Petronis A. 2006. Epigenetics and twins: three variations on the theme. Trends in Genetics 22: 347-350. •Boosma et al. 2002. Classical Twin Studies and Beyond. Nature. 3: 872-882 •Martin G. 2005. Epigenetic drift in aging identical twins. PNAS. 102: 10413–10414