CONFERÈNCIA DE RECERCA BÀSICA:

Marcadors epigenètics de risc cardiovascular

Roberto Elosua Grup d’Epidemiologia i Genètica Cardiovascular

IMIM, Barcelona

Introducción: Epigenética

• Epidemiología: disciplina que estudia la distribución y los determinantes de la salud a nivel poblacional.

• Genética: disciplina que estudia cómo las características de los seres vivos se transmiten, se generan y se expresan, de una generación a otra, bajo diferentes condiciones ambientales.

¿Epidemiología + Genética = Epigenética?

Introducción: Epigenética

• Epigenética: el estudio de cambios heredables en la función génica que se producen sin un cambio en la secuencia del ADN.

• Ha surgido como un puente entre las influencias genéticas y ambientales .

• No existe un consenso acerca de hasta qué punto estamos preprogramados o modelados por el ambiente.

La herencia «DEJO MIS BIENES A MI SOBRINO JUAN NO A MI HERMANO LUIS TAMPOCO JAMÁS SE PAGARÁ LA CUENTA AL SASTRE NUNCA DE NINGÚN MODO PARA LOS JESUITAS TODO LO DICHO ES MI DESEO».

La herencia «DEJO MIS BIENES A MI SOBRINO JUAN NO A MI HERMANO LUIS TAMPOCO JAMÁS SE PAGARÁ LA CUENTA AL SASTRE NUNCA DE NINGÚN MODO PARA LOS JESUITAS TODO LO DICHO ES MI DESEO».

El sobrino: Dejo mis bienes a mi sobrino Juan. No a mi hermano Luis. Tampoco, jamás, se pagará la cuenta al sastre. Nunca, de ningún modo, para los jesuitas. Todo lo dicho es mi deseo.

El hermano: ¿Dejo mis bienes a mi sobrino Juan? No. ¡A mi hermano Luis!. Tampoco, jamás, se pagará la cuenta al sastre. Nunca, de ningún modo, para los jesuitas. Todo lo dicho es mi deseo.

El sastre: ¿Dejo mis bienes a mi sobrino Juan? No. ¿A mi hermano Luis? Tampoco, jamás. Se pagará la cuenta al sastre. Nunca, de ningún modo, para los jesuitas. Todo lo dicho es mi deseo.

Los jesuitas: ¿Dejo mis bienes a mi sobrino Juan? No. ¿A mi hermano Luis? Tampoco, jamás. ¿Se pagará la cuenta al sastre? Nunca, de ningún modo. Para los jesuitas todo. Lo dicho es mi deseo.

Células madre pluripotenciales

www.clinmedjournals.org

Mecanismos epigenéticos

• Modificación histonas – Acetilación / Deacetilación

– Metilación, Ubiquinación, Fosforilación

• Modificación del ADN – Metilación: CpG (complejos Citosina-Guanina)

• RNA no codificantes – microRNA (miRNA)

– RNA de larga cadena no codificantes (lncRNA)

– RNA de silenciación o interferencia (siRNA)

Histonas

www.columbiasciencereview.com

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Modificación de las Histonas: acetilación

www.jap.physiology.org

↑ - Deacetilasas (HDAC) ↓ - Acetil transferasas (HAT)

Acetilación histonas y enfermedad cardiovascular: isquemia

Inhibidor de la enzima HDAC (Ej. SAHA, Sirtuina) reducen el tamaño del infarto en modelos animales.

↓ - Acetil transferasas (HAT) Deacetilasas (HDAC)

Mecanismo?

Xie M. Circulation. 2014;129:1139–1151; Gillete et al. Circ Res. 2015;116:1245-1253.

Hipertensión e ingesta sal: mecanismo mediado por acetilación histonas

Mu S et al. Nat Med. 2011;17:573-80.

WINK : familia de quinasas que regula absorción renal de Na+ Mutaciones pérdida de función WINK: pseudo hipoaldosteronismo II, HTA sensible al Na+

Transcription networks of genes regulated epigenetically in cardiac hypertrophy.

Roberto Papait et al. PNAS 2013;110:20164-20169 ©2013 by National Academy of Sciences

Acetilación histonas y enfermedad cardiovascular: hipertrofia ventricular

Metilación del ADN

Metilación del ADN

• Ocurre en Citosinas próximas a Guaninas: CpG.

• Relacionado con la expresión génica:

Metilación del ADN

- Se transmite de generación en generación. - Se puede modificar por factores ambientales.

Recién nacidos de madres que sufrieron hambruna al final de la 2ª guerra mundial

• Estos niños tuvieron más riesgo de presentar alteraciones metabólicas al llegar a la edad adulta:

– Obesidad

– Hipertensión

– Diabetes

– Enfermedades cardiovasculares

• Se comparó la metilación en este gen en hermanos del mismo sexo: uno nacido en época de hambruna u otro no, a la edad de 60 años.

• Cambios epigéneticos en la época fetal se pueden mantener hasta la vida adulta.

Metilación del gen IGF2: adiposidad

Heijmans et al. PNAS 2008;105:17046-9.

Factores ambientales y metilación ADN: tabaco

Sayols-Baixeras S et al. Epigenetics (In press)

Tabaco y metilación ADN: THBS1 de la asociación a la compleja biología

Sayols-Baixeras S et al. Epigenetics (In press)

Metilación ADN y perfil lipídico

• Replicación resultados en estudio Framingham

• Población general (n=2218)

• Datos perfil lipídico

• Datos metilación: mismo array.

• Datos del estudio REGICOR

• Población general (n=647)

• Datos perfil lipídico

• Datos metilación: Array Illumina 450K (480.000 CpGs)

Metilación ADN y perfil lipídico

Total Cholesterol (TC)

Features Discovery Phase: REGICOR Replication Phase: FOS Meta-analysis (Phase1 + Phase2)

CpG Chr. Pos. Gene Coef. SE Pvalue Coef. SE Pvalue Coef. SE Pvalue

cg16000331 22 42230138 SREBF2 9.00 2.03 8.96E-06 3.99 0.96 3.08E-05 4.91 0.87 1.46E-08

High-density lipoprotein (HDL) cholesterol

Features Discovery Phase: REGICOR Replication Phase: FOS Meta-analysis (Phase1 + Phase2)

CpG Chr. Pos. Gene Coef. SE Pvalue Coef. SE Pvalue Coef. SE Pvalue

ch.2.101965435R 2 102599003 NA 2.61 0.57 4.77E-06 2.06 0.44 2.33E-06 2.26 0.35 6.57E-11

cg09572125 6 33400477 SYNGAP1 -4.22 0.90 2.96E-06 -3.72 0.73 3.41E-07 -3.92 0.57 5.08E-12

cg11024682 17 17730094 SREBF1 -2.72 0.60 5.81E-06 -3.76 0.41 3.10E-20 -3.43 0.34 0.00E+00

cg02650017 17 47301614 PHOSPHO1 2.83 0.51 2.81E-08 2.23 0.41 4.49E-08 2.47 0.32 9.77E-15

cg27243685 21 43642366 ABCG1 -2.44 0.54 5.72E-06 -4.54 0.40 2.81E-30 -3.80 0.32 0.00E+00

cg06500161 21 43656587 ABCG1 -3.47 0.63 3.08E-08 -6.16 0.41 4.00E-52 -5.37 0.34 0.00E+00

Triglycerides

Features Discovery Phase: REGICOR Replication Phase: FOS Meta-analysis (Phase1 + Phase2)

CpG Chr. Pos. Gene Coef. SE Pvalue Coef. SE Pvalue Coef. SE Pvalue

cg19693031 1 145441552 TXNIP -0.04 0.01 1.68E-06 -0.05 0.00 5.72E-26 -0.05 0.00 0.00E+00

cg06690548 4 139162808 SLC7A11 -0.04 0.01 4.86E-07 -0.04 0.00 5.38E-22 -0.04 0.00 0.00E+00

cg03717755 6 16136539 MYLIP 0.06 0.01 7.31E-09 0.05 0.01 2.45E-14 0.05 0.01 0.00E+00

cg07504977 10 102131012 NA 0.04 0.01 7.54E-07 0.04 0.01 1.98E-15 0.04 0.00 0.00E+00

cg00574958 11 68607622 CPT1A -0.05 0.01 4.68E-06 -0.08 0.01 4.21E-56 -0.07 0.00 0.00E+00

cg11024682 17 17730094 SREBF1 0.07 0.01 5.63E-09 0.06 0.01 9.81E-26 0.06 0.01 0.00E+00

cg27243685 21 43642366 ABCG1 0.06 0.01 2.46E-10 0.07 0.01 2.59E-38 0.06 0.00 0.00E+00

cg01881899 21 43652704 ABCG1 0.05 0.01 7.41E-07 0.05 0.01 9.56E-19 0.05 0.00 0.00E+00

cg02370100 21 43655256 ABCG1 0.05 0.01 4.74E-06 0.04 0.01 6.91E-13 0.04 0.00 0.00E+00

cg06500161 21 43656587 ABCG1 0.08 0.01 3.34E-19 0.09 0.01 2.28E-67 0.09 0.00 0.00E+00

RNA no codificantes

• Unicamente 3% ADN codifica proteínas, el resto se ha considerado DNA basura.

• Actualmente sabemos que este ADN también se transcribe en RNA que no codifica proteínas:

– microRNA: 20-25 pares de bases

– Long non-coding RNA: 200 pares de bases.

• Estos RNAs tienen una función muy importante en la regulación de la expresión génica:

– Locus cromosomoa 9p21 (ANRIL).

miRNA o miR

Romaine SP. Heart 2015;101:921-8.

miRNA o miR

Romaine SP. Heart 2015;101:921-8.

miRNA o miR y enfermedad coronaria e insuficiencia cardíaca

Romaine SP. Heart 2015;101:921-8.

Eficacia del anti miR-33 en el control lipídico: ensayo clínico en primates

Ray

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r et

al.

Nat

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20

11

;47

8:4

04

-7.

miR-33 inhibe la expresión del gen ABCA1 que a su vez regula la síntesis de HDL. Antagonsitas del miR-33 podrían aumentar los niveles de HDL.

Implicaciones para la prevención

Hanson MA. Physiol Rev 2014;94:1027–76

Epigenética de las enfermedades cardiovasculares

• Un mismo código genética puede tener lecturas diferentes.

• Epigenética: cambios heredables en la función génica que se producen sin un cambio en la secuencia del ADN.

• Heredables …. pero también modificables por el ambiente.

«DEJO MIS BIENES A MI SOBRINO JUAN NO A MI HERMANO LUIS TAMPOCO JAMÁS SE PAGARÁ LA CUENTA AL SASTRE NUNCA DE NINGÚN MODO PARA LOS JESUITAS TODO LO DICHO ES MI DESEO».

Epigenética de las enfermedades cardiovasculares

• Factores epigenéticos: modificación de las histonas, metilación del ADN, RNA no codificantes.

• Reflejan y modulan la plasticidad del genoma.

• Utilidad:

– Estudio causalidad: complejo pero posible

– Identificación dianas terapéuticas, de prevención

– Desarrollo de nuevos fármacos

Muchas gracias!