Erforschung der epigenetischen Auswirkungen des Rauchens auf verschiedene Rassen und ethnische Gruppen

Rauchen verändert die Art und Weise, wie Gene ausgedrückt werden, was später zur Entstehung von Lungenkrebs und anderen rauchbedingten Krankheiten beiträgt. Der Zusammenhang zwischen Epigenetik (der Untersuchung von Mechanismen, die die Genexpression beeinflussen) und Rauchen ist jedoch nicht vollständig geklärt, insbesondere im Hinblick auf die Unterschiede zwischen Rassen und ethnischen Gruppen.

Wir wissen, dass Rauchen Menschen je nach Rasse und ethnischer Zugehörigkeit unterschiedlich beeinflusst, aber die Identifizierung epigenetischer Signaturen des Rauchens würde uns helfen, das Risiko für rauchbedingte Krankheiten besser vorherzusagen.“

Brian Huang, PhD, Assistenzprofessor, Abteilung für Bevölkerungs- und öffentliche Gesundheitswissenschaften, Keck School of Medicine der USC und Erstautor der neuen Studie

In einer von den National Institutes of Health finanzierten Initiative analysierten Forscher der Keck School of Medicine den Zusammenhang zwischen Rauchen und DNA-Methylierung, einer spezifischen Art epigenetischer Veränderung, die eine Reihe biologischer Prozesse verändern kann. Die Studie umfasste Daten von 2.728 Personen aus sechs verschiedenen Rassen und ethnischen Gruppen. Forscher fanden 408 DNA-Methylierungsmarker (bekannt als „CpG-Stellen“) im Zusammenhang mit dem Rauchen, darunter zwei, die sich je nach Rasse oder ethnischer Zugehörigkeit unterschieden. Die Ergebnisse wurden im veröffentlicht Amerikanisches Journal für Humangenetik.

Die meisten früheren Forschungen zu Rauchen und Epigenetik haben sich jeweils nur mit einer oder zwei Rassengruppen befasst, was die neue Anstrengung zu einer der bislang größten multiethnischen Studien macht. Darüber hinaus quantifizierten die Forscher das Rauchen, indem sie die Gesamtnikotinäquivalente (TNEs) der Teilnehmer berechneten, ein biologisches Maß für die Nikotinaufnahme, das den Nikotinspiegel und mehrere andere Metaboliten des Zigarettenrauchs anhand einer Urinprobe misst. Dies ermöglichte eine genauere Berechnung der Raucherdosis im Vergleich zu einem Großteil der bestehenden Forschung, die auf selbstberichteten Messungen beruht.

„Diese Studie liefert uns zusätzliche Informationen über den Mechanismus, durch den Rauchen die Gesundheit beeinflussen kann, und darüber, wie sich dieser zwischen verschiedenen Bevölkerungsgruppen unterscheiden kann“, sagte Huang. „Letztendlich kann dies zu einer besseren Vorhersage, Früherkennung und Behandlung rauchbedingter Erkrankungen führen.“

Erkenntnisse aus dem Epigenom

Das Forschungsteam führte seine primäre Analyse anhand von Daten aus der Multiethnic Cohort Study durch, einer Zusammenarbeit zwischen USC und der University of Hawaii, an der Afroamerikaner, europäische Amerikaner, japanische Amerikaner, Latinos und einheimische Hawaiianer teilnahmen. Anhand biologischer Proben von 1.994 Teilnehmern bestimmten die Forscher die Rauchdosis jeder Person (durch Messung der TNEs) sowie den Grad der DNA-Methylierung an CpG-Stellen im gesamten Genom (durch eine epigenomweite Assoziationsstudie oder EWAS).

Im gesamten Epigenom wurde Rauchen an 408 Stellen mit der DNA-Methylierung in Verbindung gebracht. Diese Gesamtzahl umfasst 45 neue Websites, die in früheren Studien, die sich auf Selbstberichte über das Rauchverhalten stützten, nicht identifiziert wurden.

„Dies gibt uns einen Hinweis darauf, dass TNEs mehr Informationen liefern können, als wir bereits aus selbstberichteten Messungen des Rauchens wissen“, sagte Huang.

Von den 408 identifizierten Standorten wiesen zwei einen signifikanten Risikounterschied je nach Rasse oder ethnischer Zugehörigkeit auf. Eine Stelle auf dem Gen CYTH1 zeigte nur Veränderungen bei Afroamerikanern, die rauchten; eine andere Seite auf MYO1G war im Vergleich zu anderen Rassen und ethnischen Gruppen stärker mit epigenetischen Veränderungen bei rauchenden Latinos verbunden. Diese Gene erfüllen Funktionen, die mit dem Fortschreiten von Krebs und anderen Krankheitsprozessen zusammenhängen.

Die neuen Erkenntnisse könnten das Verständnis der Wissenschaftler darüber verbessern, warum einige Bevölkerungsgruppen einem höheren Lungenkrebsrisiko ausgesetzt sind als andere, sagte Huang. Afroamerikaner, die rauchen, haben ein höheres Risiko für Lungenkrebs als nicht-hispanische Weiße, die rauchen, während Menschen hispanischer Herkunft möglicherweise einem geringeren Risiko ausgesetzt sind.

Um ihre Ergebnisse weiter zu bestätigen, sammelten Huang und sein Team TNE- und DNA-Methylierungsdaten von zwei anderen Teilnehmergruppen: 340 Personen in der Singapore Chinese Health Study und 394 Personen in der Southern Community Cohort Study. Die Forscher identifizierten viele der gleichen CpG-Standorte, die auch in der multiethnischen Kohortenstudie gefunden wurden, einschließlich der Standorte, die am stärksten mit TNEs assoziiert sind. Dies sei ein Beweis dafür, dass die stärksten epigenetischen Marker des Rauchens über mehrere Rassen und ethnische Gruppen hinweg konsistent seien, sagte Huang.

Bessere Vorhersage des Krankheitsrisikos

In ihrer nächsten Studie werden die Forscher eine EWAS zur DNA-Methylierung und zum Lungenkrebsrisiko durchführen: Wie erhöhen epigenetische Veränderungen das Lungenkrebsrisiko einer Person?

„Durch die Durchführung dieser gemeinsamen Studien können wir den Mechanismus verstehen, durch den die DNA-Methylierung als Vermittler zwischen Rauchen und Lungenkrebs fungiert, was wiederum unsere Fähigkeit verbessern kann, das Lungenkrebsrisiko vorherzusagen“, sagte Huang.

Er und sein Team führen außerdem Forschungsarbeiten durch, um epigenetische Veränderungen zu untersuchen, die mit weiteren Biomarkern des Rauchens verbunden sind, einschließlich der biologischen Konzentration von Cadmium, einem Schwermetall, das im Zigarettenrauch vorkommt.

Über diese Forschung

Neben Huang sind die weiteren Autoren der Studie Yesha Patel, Christopher Haiman, Kimberly Siegmund und Daniel Stram vom Department of Population and Public Health Sciences der Keck School of Medicine der USC; Alexandra Binder, Brandon Quon, Annette Lum-Jones, Maarit Tiirikainen, Lenora Loo, Lynne Wilkens, Loïc Le Marchand und Sungshim L. Park vom University of Hawaii Cancer Center; Sharon Murphy und Stephen Hecht vom Masonic Cancer Center der University of Minnesota; Alika Maunakea vom John. A. Burns School of Medicine, Universität Hawaii; Woon-Puay Koh von der National University of Singapore; Woon-Puay Koh, William Blot und Melinda Aldrich vom Vanderbilt University Medical Center; und Jian-Min Yuan von der University of Pittsburgh.

Diese Arbeit wurde von den National Institutes of Health/National Cancer Institute (NIH/NCI) unterstützt. [P01CA138338]. NIH unterstützte auch die Multiethnic Cohort Study [U01CA164973]die Singapore Chinese Health Study [R01CA129534, R01CA144034, UM1CA182876] und die Southern Community Cohort Study [U01CA202979, R01CA092447].