An epigenomics approach to individual differences and its translation to neuropsychiatric conditions

Dialogues Clin Neurosci. 2016 Sep;18(3):289-298. doi: 10.31887/DCNS.2016.18.3/dsweatt.

Abstract

This review concerns epigenetic mechanisms and their roles in conferring interindividual differences, especially as related to experientially acquired and genetically driven changes in central nervous system (CNS) function. In addition, the review contains commentary regarding the possible ways in which epigenomic changes may contribute to neuropsychiatric conditions and disorders and ways in which epigenotyping might be cross-correlated with clinical phenotyping in the context of precision medicine. The review begins with a basic description of epigenetic marking in the CNS and how these changes are powerful regulators of gene readout. Means for characterizing the individual epigenotype are briefly described, with a focus on DNA cytosine methylation as a readily measurable, stable epigenetic mark. This background enables a discussion of how "epigenotyping" might be integrated along with genotyping and deep phenotyping as a means of implementing advanced precision medicine. Finally, the commentary addresses two exemplars when considering how epigenotype may correlate with and modulate cognitive and behavioral phenotype: schizophrenia and Rett syndrome. These two disorders provide an interesting compare-and-contrast example regarding possible epigenotypic regulation of behavior: whereas Rett syndrome is clearly established as being caused by disruption of the function of an epigenetic "reader" of the DNA cytosine methylome-methyl-CpG-binding protein 2 (MeCP2)-the case for a role for epigenetic mechanisms in schizophrenia is still quite speculative.

Este comentario describe los mecanismos epigenéticos y sus funciones para adjudicar diferencias interindividuales espetialmente en lo relative a los cambios en la función del sistema nervioso central (SNC) tanto adquiridos por la experiencia, como producidos genéticamente. Además, la revisión especula acerca de las posibles formas en que los cambios epigenómicos pueden contribuir a las condiciones y trastornos neuropsiquiótricos y formas en las cuales el epigenotipado pudiera estar transversalmente correlacionado con el fenotipado clínico en el contexto de la medicina de precisión. La revisión comienza con una descripción básica del marcaje epigenético en el SNC y cómo estos cambios son poderosos reguladores de la lectura génica. Se describen brevemente los medios para la caracterización del epigenotipo individual, enfocándose en la metilación de la citosina del DNA, como un marcador epigenético estable y fácil de medir. Estos antecedentes permiten una discusión acerca de cómo el “epigenotipado” podría estar integrado junto con el genotipado y el fenotipado precisos y completos como un medio para implementar una medicina de precisión avanzada. Por último, el comentario revisa dos ejemplos que consideran cómo el epigenotipo puede correlacionarse con y modular el fenotipo cognitivo y conductual: la esquizofrenia y el síndrome de Rett. Estos dos trastornos proporcionan una interesante comparación y contraste en relación con la posible regulación epigenotípica de la conducta. En el síndrome de Rett se ha establecido que esta regulación está causada por una disrupción de la función de un “lector” epigenético del metiloma de citosina del ADN, el MeCP2; en cambio, para la esquizofrenia el papel de los mecanismos epigenéticos a la fecha todavía es bastante especulativo.

Cet article s'intéresse aux mécanismes épigénétiques et à leur implication dans les différences interindividuelles, plus particulièrement lors de modifications de la fonction du système nerveux central (SNC) innées et acquises. On y trouvera également des commentaires sur les différentes façons dont les changements épigénomiques peuvent influer sur les maladies et états neuropsychiatriques et sur les façons dont l'épigénotypage peut être croisé avec le phénotypage clinique en médecine de précision. L'article décrit tout d'abord de façon élémentaire le marquage épigénétique dans le SNC et comment ces modifications sont des régulateurs puissants de la lecture des gènes. Les méthodes de caractérisation d'un épigénotype individuel sont brièvement décrites, notamment la méthylation de l'ADN, qui est un marqueur épigénétique stable et facilement mesurable. Dans ce contexte, il est discuté de la façon dont « l'épigénotypage » pourrait participer avec un génotypage et un phénotypage précis et complet à l'amélioration de la médecine de précision avancée. Enfin, le commentaire aborde la schizophrénie et le syndrome de Rett comme deux exemples de la façon dont l'épigénotypage peut correspondre au et moduler le phénotype comportemental et cognitif. Ces deux troubles représentent un exemple intéressant de comparaison des régulations épigénotypiques possibles du comportement: une mutation d'un « lecteur» épigénétique du méthylome cytosine de l'ADN - gène MeCP2 (methyl-CpG-binding protein 2) - est connue pour entraîner le syndrome de Rett alors que le rôle de mécanismes épigénétiques dans la schizophrénie est encore purement théorique.

Keywords: DNA methylation; Rett syndrome; autism; epigenetics; epigenotyping; gene transcription; memory; neuroepigenetics; precision medicine; schizophrenia.

Publication types

  • Review
  • Research Support, N.I.H., Extramural
  • Research Support, Non-U.S. Gov't

MeSH terms

  • Brain / physiopathology
  • Epigenesis, Genetic / genetics*
  • Epigenomics
  • Humans
  • Rett Syndrome / genetics*
  • Rett Syndrome / physiopathology
  • Schizophrenia / genetics*
  • Schizophrenia / physiopathology