Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1042610.32607/20758251-2016-8-3-103-110Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleWhole-Genome DNA Methylation Analysis of Peripheral Blood Mononuclear Cells in Multiple Sclerosis Patients with Different Disease CoursesПолногеномный анализ метилирования ДНК мононуклеарных клеток крови больных различными формами рассеянного склерозаKulakovaO. G.КулаковаO. Г.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comKabilovM. R.КабиловM. Р.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comDanilovaL. V.ДаниловаЛ. В.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comPopovaE. V.ПоповаE. В.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comBaturinaO. A.БатуринаO. A.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comTsarevaE. Yu.ЦареваE. Ю.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comBaulinaN. M.БаулинаН. М.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comKiselevI. S.КиселевИ. С.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comBoykoA. N.БойкоA. Н.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comFavorovA. V.ФаворовA. В.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comFavorovaO. O.ФавороваO. O.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comVlassovV. V.ВласовВ. В.
Russian Federation
olga.koulakova@gmail.comPirogov Russian National Research Medical UniversityРоссийский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава РоссииRussian Cardiology Scientific and Production CenterРоссийский кардиологический научно-производственный комплекс Минздрава РоссииSiberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНVavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of SciencesИнститут общей генетики им. Н.И. Вавилова РАНJohns Hopkins School of Medicine1509201683VOL 8, NO3 (2016)ТОМ 8, №3 (2016)10311017012020Copyright ©; 2016, Kulakova O.G., Kabilov M.R., Danilova L.V., Popova E.V., Baturina O.A., Tsareva E.Y., Baulina N.M., Kiselev I.S., Boyko A.N., Favorov A.V., Favorova O.O., Vlassov V.V.Copyright ©; 2016, Кулакова O.Г., Кабилов M.Р., Данилова Л.В., Попова E.В., Батурина O.A., Царева E.Ю., Баулина Н.М., Киселев И.С., Бойко A.Н., Фаворов A.В., Фаворова O.O., Власов В.В.2016Kulakova O.G., Kabilov M.R., Danilova L.V., Popova E.V., Baturina O.A., Tsareva E.Y., Baulina N.M., Kiselev I.S., Boyko A.N., Favorov A.V., Favorova O.O., Vlassov V.V.Кулакова O.Г., Кабилов M.Р., Данилова Л.В., Попова E.В., Батурина O.A., Царева E.Ю., Баулина Н.М., Киселев И.С., Бойко A.Н., Фаворов A.В., Фаворова O.O., Власов В.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10426

Multiple sclerosis (MS) is a severe neurodegenerative disease of polygenic etiology affecting the central nervous system. In addition to genetic factors, epigenetic mechanisms, primarily DNA methylation, which regulate gene expression, play an important role in MS development and progression. In this study, we have performed the first whole-genome DNA methylation profiling of peripheral blood mononuclear cells in relapsing-remitting MS (RRMS) and primary-progressive MS (PPMS) patients and compared them to those of healthy individuals in order to identify the differentially methylated CpG-sites (DMSs) associated with these common clinical disease courses. In addition, we have performed a pairwise comparison of DNA methylation profiles in RRMS and PPMS patients. All three pairwise comparisons showed significant differences in methylation profiles. Hierarchical clustering of the identified DMS methylation levels and principal component analysis for data visualization demonstrated a clearly defined aggregation of DNA samples of the compared groups into separate clusters. Compared with the control, more DMSs were identified in PPMS patients than in RRMS patients (67 and 30, respectively). More than half of DMSs are located in genes, exceeding the expected number for random distribution of DMSs between probes. RRMS patients mostly have hypomethylated DMSs, while in PPMS patients DMSs are mostly hypermethylated. CpG-islands and CpG-shores contain 60% of DMSs, identified by pairwise comparison of RRMS and control groups, and 79% of those identified by pairwise comparison of PPMS and control groups. Pairwise comparison of patients with two clinical MS courses revealed 51 DMSs, 82% of which are hypermethylated in PPMS. Overall, it was demonstrated that there are more changes in the DNA methylation profiles in PPMS than in RRMS. The data confirm the role of DNA methylation in MS development. We have shown, for the first time, that DNA methylation as an epigenetic mechanism is involved in the formation of two distinct clinical courses of MS: namely, RRMS and PPMS.

Рассеянный склероз (РС) - это тяжелое нейродегенеративное заболевание центральной нервной системы с полигенным типом наследования. Помимо генетических факторов, важную роль в развитии и течении РС могут играть эпигенетические механизмы, в первую очередь метилирование ДНК, влияющее на экспрессию генов. В настоящей работе для поиска дифференциально метилированных CpG-сайтов, ассоциированных с развитием двух основных клинических форм заболевания - ремиттирующего РС (РРС) и первично-прогрессирующего РС (ППРС), впервые проведен полногеномный анализ профиля метилирования ДНК в мононуклеарных клетках периферической крови больных РРС и ППРС в сравнении со здоровыми индивидами контрольной группы. Проведено также прямое сравнение профилей метилирования ДНК у пациентов с РРС и ППРС. При всех попарных сравнениях выявлены существенные различия в профилях метилирования. При иерархической кластеризации по уровню метилирования обнаруженных дифференциально метилированных сайтов (ДМС) и при визуализации данных с помощью метода главных компонент наблюдается четкое объединение образцов ДНК каждой из сравниваемых групп в отдельный кластер. У больных ППРС в сравнении со здоровыми индивидами выявлено бóльшее число ДМС, чем у больных РРС в сравнении со здоровыми индивидами (67 против 30). Более половины всех ДМС расположены в генах, что превышает число, ожидаемое при случайном распределении ДМС среди проб. В случае РРС бóльшая часть ДМС гипометилирована, при ППРС - гиперметилирована. В CpG-островках и соседних областях расположено 60% ДМС, выявляемых при сравнении РРС с контролем, и 79% - при сравнении ППРС с контролем. Прямое сравнение двух форм РС выявило 51 ДМС, из которых бóльшая часть (82%) гиперметилирована при ППРС. В целом, показано, что ППРС отличается от РРС бóльшими изменениями в паттерне метилирования ДНК. Полученные результаты свидетельствуют об участии метилирования ДНК в развитии РС. Впервые показано, что эпигенетический механизм метилирования ДНК вовлечен в формирование клинически различных форм РС - РРС и ППРС.

epigeneticsDNA methylationmultiple sclerosisperipheral blood mononuclear cellsметилирование ДНКмононуклеарные клетки кровирассеянный склерозэпигенетикаThis work was supported by grants from Russian Foundation for Basic Research No. 13-04-40279-H (LD, AF), 13-04-40280-H (MK, OB, VV) and 13-04-40281-H (EP, NB, AB) within the framework of an integrated project 13-00-40277-K and by Russian Scientific Foundation grant № 14-14-00605 (OK, ET, IK).Работа поддержана грантами РФФИ № 13-04-40279-Н (ЛД, АФ), 13-04-40280-Н (МК, ОБ, ВВ) и 13-04-40281-Н (ЕП, НБ, АБ) в рамках комплексного проекта 13-00-40277-К и грантом РНФ № 14-14-00605 (ОК, ЕЦ, ИК).[1] Gourraud P.A., Harbo H.F., Hauser S.L., Baranzini S.E. // Immunol. Rev, 2012, V.248, P.87-103[2] Favorova O.O., Kulakova O.G., Boyko A.N. // Genetika, 2010, V.46, P.302-313[3] Lvovs D., Favorova O.O., Favorov A.V. // Acta Naturae 2012, V.3, P.62-75[4] Bashinskaya V.V., Kulakova O.G., Boyko A.N., Favorov A.V., Favorova O.O. // Hum. Genet 2015, V.134, P.1143-1162[5] Lill C.M. // Front. Neurol. 2014, V.5, P.130[6] Baranzini S.E., Mudge J., van Velkinburgh J.C., Khankhanian P., Khrebtukova I., Miller N.A., Zhang L., Farmer A.D., Bell C.J., Kim R.W. // Nature 2010, V.464, P.1351-1356[7] O’Gorman C., Lucas R., Taylor B. // Int. J. Mol. Sci. 2012, V.13, P.11718-11752[8] Boyko A.N., Favorova O.O., Kulakova O.G., Gusev E.I. // Multiple sclerosis. Edited by Gusev E.I., Zavalishin I.A., Boyko A.N. M. 2011, P.7-42[9] Landgrave-Gomez J., Mercado-Gomez O., Guevara-Guzman R. // Front. Cell Neurosci. 2015, V.9, P.58[10] Meda F., Folci M., Baccarelli A., Selmi C. // Cell Mol. Immunol. 2011, V.8, P.226-236[11] Mastronardi F.G., Noor A., Wood D.D., Paton T., Moscarello M.A. // J. Neurosci. Res. 2007, V.85, P.2006-2016[12] Calabrese R., Zampieri M., Mechelli R., Annibali V., Guastafierro T., Ciccarone F., Coarelli G., Umeton R., Salvetti M., Caiafa P. // Mult. Scler. 2012, V.18, P.299-304[13] Kumagai C., Kalman B., Middleton F.A., Vyshkina T., Massa P.T. // J. Neuroimmunol. 2012, V.246, P.51-57[14] Bos S.D., Page C.M., Andreassen B.K., Elboudwarej E., Gustavsen M.W., Briggs F., Quach H., Leikfoss I.S., Bjolgerud A., Berge T. // PLoS One. 2015, V.10, e0117403[15] Graves M., Benton M., Lea R., Boyle M., Tajouri L., Macartney-Coxson D., Scott R., Lechner-Scott J. // Mult. Scler. 2013, V.20, P.1033-1041[16] Maltby V.E., Graves M.C., Lea R.A., Benton M.C., Sanders K.A., Tajouri L., Scott R.J., Lechner-Scott J. // Clin. Epigenetics. 2015, V.7, P.118[17] Huynh J.L., Garg P., Thin T.H., Yoo S., Dutta R., Trapp B.D., Haroutunian V., Zhu J., Donovan M.J., Sharp A.J. // Nat. Neurosci. 2014, V.17, P.121-130[18] Polman C.H., Reingold S.C., Banwell B., Clanet M., Cohen J.A., Filippi M., Fujihara K., Havrdova E., Hutchinson M., Kappos L. // Ann. Neurol. 2011, V.69, P.292-302[19] Bibikova M., Barnes B., Tsan C., Ho V., Klotzle B., Le J.M., Delano D., Zhang L., Schroth G.P., Gunderson K.L. // Genomics. 2011, V.98, P.288-295[20] // url www.R-project.org[21] // url www.bioconductor.org/packages/release/bioc/ html/methylumi.html[22] Smyth G.K. // Bioinformatics and Computational Biology Solutions using R and Bioconductor / Ed. R. Gentleman V.C., etc. New York: S 2005, P.397-420[23] // url www.genecards.org[24] // url www.ncbi.nlm.nih.gov/gene[25] Zhang Y., Wang L. // FEBS Lett. 2011, V.585, P.1269-1275[26] Chandra R., Wang Y., Shahid R.A., Vigna S.R., Freedman N.J., Liddle R.A. // J. Clin. Invest. 2013, V.123, P.3343-3352[27] Shen K.F., Osmani S.A. // Mol. Biol. Cell. 2013, V.24, P.3842-3856[28] Kurtulmus B., Wang W., Ruppert T., Neuner A., Cerikan B., Viol L., Sanchez R.D., Gruss O.J., Pereira G. // J. Cell Sci. 2015, V.129, P.621-636[29] Tian L., Rauvala H., Gahmberg C.G. // Trends Immunol. 2009, V.30, P.91-99[30] Cree B.A., Rioux J.D., McCauley J.L., Gourraud P.A., Goyette P., McElroy J., De Jager P., Santaniello A., Vyse T.J., Gregersen P.K. // PLoS One 2010, V.5, e11296[31] Kurata R., Nakaoka H., Tajima A., Hosomichi K., Shiina T., Meguro A., Mizuki N., Ohono S., Inoue I., Inoko H. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010, V.401, P.533-537[32] Renauer P., Coit P., Jeffries M.A., Merrill J.T., McCune W.J., Maksimowicz-McKinnon K., Sawalha A.H. // Lupus Sci. Med. 2015, V.2, e000101