Особенности метилирования ДНК в пораженных тканях аорты при дилатации/аневризме и расслоении восходящего отдела

Дилатация/аневризма и расслоение восходящей аорты относятся к жизнеугрожающим заболеваниям, и выявление эпигенетического ландшафта, регулирующего функционирование генома в клетках аорты при данной патологии, является актуальной задачей. В связи с этим в настоящем исследовании выполнена идентификация дифференциально метилированных генов (ДМГ) в тканях аорты при дилатации/аневризме и расслоении восходящего отдела с помощью реанализа данных по метилированию ДНК, представленных в открытом доступе в репозитории NCBI GEO (Gene Expression Omnibus). Проведен реанализ результатов исследований (GSE50192, GSE202047, GSE84274), реализованных на платформе Illumina Infinium HumanMethylation450 BeadChip. Биоинформатическая деконволюция клеточного состава тканей сосудов осуществлена с помощью алгоритма HEpiDISH, а также разработанного референса, включавшего набор CpG-сайтов, индекс метилирования которых специфичен для эндотелиальных клеток, фибробластов, гладкомышечных и иммунных клеток. Реанализ данных показал, что расслоение аорты и ее дилатация/ аневризма с двухстворчатым аортальным клапаном характеризуются специфическим профилем метилирования ДНК относительно интактной ткани аорты, поскольку различаются как по числу, так и по спектру ДМГ. Поправка на клеточный состав аннулирует основное количество ДМГ, но позволяет составить представление о наличии воспаления в ткани аорты, оцениваемого по степени инфильтрации ткани иммунными клетками, охарактеризовать роль воспалительного инфильтрата в нарушении целостности стенки аорты и выявить гены, отражающие различия, связанные с изучаемыми фенотипами, а не с межгрупповой гетерогенностью клеточных популяций. Гены NFIX, PCDH7, MED13L, LMO4, DIP2C, PLEKHF1, NKD1, C10orf41 (ZNF503-AS2), ARAP2, TBX3, TBX5, оставшиеся в статусе ДМГ после поправки на клеточный состав и экспрессируемые в отдельных клетках/цельной ткани аорты, могут рассматриваться как новые гены-кандидаты развития дилатации/аневризмы аорты у пациентов с двухстворчатым аортальным клапаном. Белковые продукты генов NFIX, LMO4, DIP2C, C10orf41 (ZNF503-AS2), MED13L, TBX3 и TBX5 являются транскрипционными факторами или регуляторами транскрипционной активности ДНК, а гена NKD1 – ингибитором сигнального пути Wnt. Полученные данные подчеркивают необходимость строгого подхода к формированию групп сравнения с полным описанием исследуемого фенотипа, включающим морфологию аортального клапана, и проведения исследований на уровне отдельных клеток.

1. Björck H.M., Du L., Pulignani S., Paloschi V., Lundströmer K., Kostina A.S., Österholm C., … Teixidó-Tura G., Maleki S., Franco-Cereceda A., Eriksson P.; Mechanistic Interrogation of Bicuspid Aortic Valve associated Aortopathy (MIBAVA) Leducq Consortium. Altered DNA methylation indicates an oscillatory flow mediated epithelial-to-mesenchymal transition signature in ascending aorta of patients with bicuspid aortic valve. Sci Rep. 2018;8(1):2777. doi 10.1038/s41598-018-20642-4

2. Carlisle S.G., Albasha H., Michelena H.I., Sabate-Rotes A., Bianco L., De Backer J., Mosquera L.M., … Milewicz D.M., Body S.C., Prakash S.K.; EBAV Investigators; BAVCon Investigators. Rare genomic copy number variants implicate new candidate genes for bicuspid aortic valve. PLoS One. 2024;19(9):e0304514. doi 10.1371/journal.pone.0304514

3. Chen S., Jin Q., Hou S., Li M., Zhang Y., Guan L., Pan W., Ge J., Zhou D. Identification of recurrent variants implicated in disease in bicuspid aortic valve patients through whole-exome sequencing. Hum Genomics. 2022;16(1):36. doi 10.1186/s40246-022-00405-z

4. Chen Y., Xu X., Chen Z., Huang B., Wang X., Fan X. DNA methylation alternation in Stanford – a acute aortic dissection. BMC Cardiovasc Disord. 2022;22(1):455. doi 10.1186/s12872-022-02882-5

5. Chevarin M., Duffourd Y., Barnard R.A., Moutton S., Lecoquierre F., Daoud F., Kuentz P., … Deleuze J.F., Thauvin-Robinet C., Rivière J.B., O’Roak B.J., Faivre L. Excess of de novo variants in genes involved in chromatin remodelling in patients with marfanoid habitus and intellectual disability. J Med Genet. 2020;57(7):466-474. doi 10.1136/jmedgenet-2019-106425

6. Doppler C., Messner B., Mimler T., Schachner B., Rezk M., Ganhör C., Wechselberger C., Müller M., Puh S., Pröll J., Arbeithuber B., Müller T., Zierer A., Bernhard D. Noncanonical atherosclerosis as the driving force in tricuspid aortic valve associated aneurysms – a trace collection. J Lipid Res. 2023;64(3):100338. doi 10.1016/j.jlr.2023.100338

7. Elbitar S., Renard M., Arnaud P., Hanna N., Jacob M.P., Guo D.C., Tsutsui K., … Michel J.B., Jondeau G., Sakai L.Y., Boileau C., Abifadel M. Pathogenic variants in THSD4, encoding the ADAMTSlike 6 protein, predispose to inherited thoracic aortic aneurysm. Genet Med. 2021;23(1):111-122. doi 10.1038/s41436-020-00947-4

8. Folkersen L., Wågsäter D., Paloschi V., Jackson V., Petrini J., Kurtovic S., Maleki S., … Michel J.B., Liska J., Gabrielsen A., Franco-Cereceda A., Eriksson P. Unraveling divergent gene expression profiles in bicuspid and tricuspid aortic valve patients with thoracic aortic dilatation: the ASAP study. Mol Med. 2011;17(11-12):13651373. doi 10.2119/molmed.2011.00286

9. Forte A., Cipollaro M., De Feo M., Della Corte A. Is there a role for autophagy in ascending aortopathy associated with tricuspid or bicuspid aortic valve? Clin Sci (Lond). 2019;133(7):805-819. doi 10.1042/CS20181092

10. Freiholtz D., Bergman O., Lång K., Poujade F.A., Paloschi V., Granath C., Lindeman J.H.N., Olsson C., Franco-Cereceda A., Eriksson P., Björck H.M. Bicuspid aortic valve aortopathy is characterized by embryonic epithelial to mesenchymal transition and endothelial instability. J Mol Med (Berl). 2023;101(7):801-811. doi 10.1007/s00109-023-02316-5

11. Gago-Díaz M., Brion M., Gallego P., Calvo F., Robledo-Carmona J., Saura D., Sánchez V., … Carracedo Á., Muehlschlegel J.D., García-Dorado D., Body S.C., Evangelista A. The genetic component of bicuspid aortic valve and aortic dilation. An exome-wide association study. J Mol Cell Cardiol. 2017;102:3-9. doi 10.1016/j.yjmcc.2016.11.012

12. Gallo A., Agnese V., Coronnello C., Raffa G.M., Bellavia D., Conaldi P.G., Pilato M., Pasta S. On the prospect of serum exosomal miRNA profiling and protein biomarkers for the diagnosis of ascending aortic dilatation in patients with bicuspid and tricuspid aortic valve. Int J Cardiol. 2018;273:230-236. doi 10.1016/j.ijcard.2018.10.005

13. Gehlen J., Stundl A., Debiec R., Fontana F., Krane M., Sharipova D., Nelson C.P., … Abdelilah-Seyfried S., Samani N.J., Erdmann J., Trenkwalder T., Schumacher J. Elucidation of the genetic causes of bicuspid aortic valve disease. Cardiovasc Res. 2023;119(3):857-866. doi 10.1093/cvr/cvac099

14. Goncharova I.A., Zarubin A.A., Shipulina S.A., Koroleva Iu.A., Panfilov D.S., Kozlov B.N., Nazarenko M.S. DNA methylation profiling in aneurysm and comorbid atherosclerosis of the ascending aorta. Mol Biol. 2024;58(3):439-449. doi 10.1134/s0026893324700079

15. Henry K.M., Gardner R.N., Oppman A.M., Daneshgar N., Rosales M., Martins I., Baskin K.K., Grueter C.E. Med13 and Med13L: critical redundant players in basal cardiac function and gene expression. J Mol Cell Cardiol Plus. 2025;13:100481. doi 10.1016/j.jmccpl.2025.100481

16. Houseman E.A., Kim S., Kelsey K.T., Wiencke J.K. DNA methylation in whole blood: uses and challenges. Curr Environ Health Rep. 2015;2(2):145-154. doi 10.1007/s40572-015-0050-3

17. Houseman E.A., Kile M.L., Christiani D.C., Ince T.A., Kelsey K.T., Marsit C.J. Reference-free deconvolution of DNA methylation data and mediation by cell composition effects. BMC Bioinformatics. 2016;17:259. doi 10.1186/s12859-016-1140-4

18. Huang M., Guan R., Qiu J., Gnamey A.J.E., Wang Y., Tian H., Sun H., Shi H., Sun W., Jia X., Wu J. Identification of immune-related signatures and pathogenesis differences between thoracic aortic aneurysm patients with bicuspid versus tricuspid valves via weighted gene coexpression network analysis. PLoS One. 2023;18(10):e0292673. doi 10.1371/journal.pone.0292673

19. Huang Q., Deng G., Wei R., Wang Q., Zou D., Wei J. Comprehensive identification of key genes involved in development of diabetes mellitus-related atherogenesis using weighted gene correlation net¬work analysis. Front Cardiovasc Med. 2020;7:580573. doi 10.3389/fcvm.2020.580573

20. Jiang B., Zhou X., Yang T., Wang L., Feng L., Wang Z., Xu J., Jing W., Wang T., Su H., Yang G., Zhang Z. The role of autophagy in cardiovascular disease: cross-interference of signaling pathways and underlying therapeutic targets. Front Cardiovasc Med. 2023;10: 1088575. doi 10.3389/fcvm.2023.1088575

21. Jiang W.F., Xu Y.J., Zhao C.M., Wang X.H., Qiu X.B., Liu X., Wu S.H., Yang Y.Q. A novel TBX5 mutation predisposes to familial cardiac septal defects and atrial fibrillation as well as bicuspid aortic valve. Genet Mol Biol. 2020;43(4):e20200142. doi 10.1590/1678-4685GMB-2020-0142

22. Joshi D., Coon B.G., Chakraborty R., Deng H., Yang Z., Babar M.U., Fernandez-Tussy P., … Traylor J.G., Jr., Orr A.W., Fernandez-Hernando C., Libreros S., Schwartz M.A. Endothelial γ-protocadherins inhibit KLF2 and KLF4 to promote atherosclerosis. Nat Cardiovasc Res. 2024;3(9):1035-1048. doi 10.1038/s44161-024-00522-z

23. Kim J.H., Na C.Y., Choi S.Y., Kim H.W., Du Kim Y., Kwon J.B., Chung M.Y., Hong J.M., Park C.B. Integration of gene-expression profiles and pathway analysis in ascending thoracic aortic aneurysms. Ann Vasc Surg. 2010;24(4):538-549. doi 10.1016/j.avsg.2010.01.007

24. Kjellqvist S., Maleki S., Olsson T., Chwastyniak M., Branca R.M., Lehtiö J., Pinet F., Franco-Cereceda A., Eriksson P. A combined proteomic and transcriptomic approach shows diverging molecular mechanisms in thoracic aortic aneurysm development in patients with tricuspid- and bicuspid aortic valve. Mol Cell Proteomics. 2013;12(2):407-425. doi 10.1074/mcp.M112.021873

25. Koroleva Iu.A., Goncharova I.A., Zarubin A.A., Shipulina S.A., Sleptsov A.A., Panfilov D.S., Kozlov B.N., Nazarenko M.S. Methylation levels in the 5′ region of the TBX20 gene in the ascending aorta change in opposite direction in atherosclerosis and aneurysm. Russ J Genet. 2024;60(7):977-981. doi 10.1134/S102279542470042X

26. Lakda S., Davies R.H., Hingorani A.D., Paliwal N. A systematic review of GWAS on CMR imaging traits: genetic insights into cardiovascular structure, function, and diseases. EBioMedicine. 2025;121: 105992. doi 10.1016/j.ebiom.2025.105992

27. Lei C., Kan H., Chen W., Yang D., Ren J., Xu F., Zhang H., Wang W., Zheng Y. Different gene co-expression patterns of aortic intimamedia and adventitia in thoracic aortic aneurysm. Gene. 2022;819: 146233. doi 10.1016/j.gene.2022.146233

28. Li N., Lin H., Zhou H., Zheng D., Xu G., Shi H., Zhu X., Gao J., Shao G., Sun L. Efficient detection of differentially methylated regions in the genome of patients with thoracic aortic dissection and association with MMP2 hypermethylation. Exp Ther Med. 2020;20(2):10731081. doi 10.3892/etm.2020.8753

29. Li Y., Ren P., Dawson A., Vasquez H.G., Ageedi W., Zhang C., Luo W., … Cassis L.A., Coselli J.S., Daugherty A., Shen Y.H., LeMaire S.A. Single-cell transcriptome analysis reveals dynamic cell populations and differential gene expression patterns in control and aneurysmal human aortic tissue. Circulation. 2020;142(14): 1374-1388. doi 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.046528

30. Li Y., Gao S., Han Y., Song L., Kong Y., Jiao Y., Huang S., Du J., Li Y. Variants of focal adhesion scaffold genes cause thoracic aortic aneurysm. Circ Res. 2021;128(1):8-23. doi 10.1161/CIRCRESAHA.120.317361

31. Liu P., Zhang J., Du D., Zhang D., Jin Z., Qiu W., Zhou X., … Ma J., Sun S., Fu W., Liu Y., Wang L. Altered DNA methylation pattern reveals epigenetic regulation of Hox genes in thoracic aortic dissection and serves as a biomarker in disease diagnosis. Clin Epigenetics. 2021;13(1):124. doi 10.1186/s13148-021-01110-9

32. Lokk K., Modhukur V., Rajashekar B., Märtens K., Mägi R., Kolde R., Koltšina M., Nilsson T.K., Vilo J., Salumets A., Tõnisson N. DNA methylome profiling of human tissues identifies global and tissuespecific methylation patterns. Genome Biol. 2014;15(4):r54. doi 10.1186/gb-2014-15-4-r54

33. Markov A.V., Zarubin A.A., Sharysh D.V., Nazarenko M.S. Evaluation of the ratio of different cell types in the study of DNA methylation in arterial samples from patients with atherosclerosis. In: Current Issues in Fundamental and Clinical Medicine. Tomsk, 2020;45-47 (in Russian)

34. Mosquera J.V., Auguste G., Wong D., Turner A.W., Hodonsky C.J., Alvarez-Yela A.C., Song Y., … Finn A.V., van der Laan S.W., Zang C., Sheffield N.C., Miller C.L. Integrative single-cell meta-analysis reveals disease-relevant vascular cell states and markers in human atherosclerosis. Cell Rep. 2023;42(11):113380. doi 10.1016/j.celrep.2023.113380

35. Ni C.W., Qiu H., Rezvan A., Kwon K., Nam D., Son D.J., Visvader J.E., Jo H. Discovery of novel mechanosensitive genes in vivo using mouse carotid artery endothelium exposed to disturbed flow. Blood. 2010;116(15):e66-e73. doi 10.1182/blood-2010-04-278192

36. Oshima T., Hara H., Takeda N., Hasumi E., Kuroda Y., Taniguchi G., Inuzuka R., Nawata K., Morita H., Komuro I. A novel mutation of NFIX causes Sotos-like syndrome (Malan syndrome) complicated with thoracic aortic aneurysm and dissection. Hum Genome Var. 2017;4:17022. doi 10.1038/hgv.2017.22

37. Pan S., Lai H., Shen Y., Breeze C., Beck S., Hong T., Wang C., Teschendorff A.E. DNA methylome analysis reveals distinct epigenetic patterns of ascending aortic dissection and bicuspid aortic valve. Cardiovasc Res. 2017;113(6):692-704. doi 10.1093/cvr/cvx050

38. Pirruccello J.P., Chaffin M.D., Chou E.L., Fleming S.J., Lin H., Nekoui M., Khurshid S., … Hoffmann U., Lubitz S.A., Philippakis A.A., Lindsay M.E., Ellinor P.T. Deep learning enables genetic analysis of the human thoracic aorta. Nat Genet. 2022;54(1):40-51. doi 10.1038/s41588-021-00962-4

39. Pozo-Vilumbrales B., Martín-Chaves L., López-Unzu M.A., Soto-Navarrete M.T., Pavón-Morón F.J., Rodríguez-Capitán J., Fernández B. Unraveling the molecular complexity of bicuspid aortopathy: lessons from comparative proteomics. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 2025;1871(3):167679. doi 10.1016/j.bbadis.2025.167679

40. Ren J., Jiang L., Liu X., Liao Y., Zhao X., Tang F., Yu H., Shao Y., Wang J., Wen L., Song L. Heart-specific DNA methylation analysis in plasma for the investigation of myocardial damage. J Transl Med. 2022;20(1):36. doi 10.1186/s12967-022-03234-9

41. Schiano C., Napoli C. Mediator complex: update of key insights into transcriptional regulation of ancestral framework and its role in cardiovascular diseases. Eur J Med Res. 2025;30(1):507. doi 10.1186/s40001-025-02720-2

42. Shah A.A., Gregory S.G., Krupp D., Feng S., Dorogi A., Haynes C., Grass E., Lin S.S., Hauser E.R., Kraus W.E., Shah S.H., Hughes G.C. Epigenetic profiling identifies novel genes for ascending aortic aneurysm formation with bicuspid aortic valves. Heart Surg Forum. 2015;18(4):E134-E139. doi 10.1532/hsf.1247

43. Song Y., Choi J.E., Kwon Y.J., Chang H.J., Kim J.O., Park D.H., Park J.M., Kim S.J., Lee J.W., Hong K.W. Identification of susceptibility loci for cardiovascular disease in adults with hypertension, diabetes, and dyslipidemia. J Transl Med. 2021;19(1):85. doi 10.1186/s12967-021-02751-3

44. Staiculescu M.C., Cocciolone A.J., Procknow J.D., Kim J., Wagenseil J.E. Comparative gene array analyses of severe elastic fiber defects in late embryonic and newborn mouse aorta. Physiol Genomics. 2018;50(11):988-1001. doi 10.1152/physiolgenomics.00080.2018

45. Steimle J.D., Moskowitz I.P. TBX5: a key regulator of heart development. Curr Top Dev Biol. 2017;122:195-221. doi 10.1016/bs.ctdb.2016.08.008

46. Sticchi E., De Cario R., Suraci S., Kura A., Berteotti M., Squillantini L., Barbieri G., … Gori A.M., Marcucci R., Pepe G., Nistri S., Giusti B. Bicuspid aortic valve: old and novel gene contribution to disease onset and complications. Diagnostics (Basel). 2025;16(1):104. doi 10.3390/diagnostics16010104

47. Viscardi F., Vergara C., Antiga L., Merelli S., Veneziani A., Puppini G., Faggian G., Mazzucco A., Luciani G.B. Comparative finite element model analysis of ascending aortic flow in bicuspid and tricuspid aortic valve. Artif Organs. 2010;34(12):1114-1120. doi 10.1111/j.15251594.2009.00989.x

48. Vitali T., Girald-Berlingeri S., Randazzo P.A., Chen P.W. Arf GAPs: a family of proteins with disparate functions that converge on a common structure, the integrin adhesion complex. Small GTPases. 2019; 10(4):280-288. doi 10.1080/21541248.2017.1299271

49. Wang F., Liu D., Zhang R.R., Yu L.W., Zhao J.Y., Yang X.Y., Jiang S.S., Ma D., Qiao B., Zhang F., Jin L., Gui Y.H., Wang H.Y. A TBX5 3′UTR variant increases the risk of congenital heart disease in the Han Chinese population. Cell Discov. 2017;3:17026. doi 10.1038/celldisc.2017.26

50. Wang S., Zhang J., He X., Zhang Y., Chen J., Su Q., Pang S., Zhang S., Cui Y., Yan B. Identification and functional analysis of genetic variants in TBX5 gene promoter in patients with acute myocardial infarction. BMC Cardiovasc Disord. 2019;19(1):265. doi 10.1186/s12872-019-1237-6

51. Weerackoon N., Gunawardhana K.L., Mani A. Wnt signaling cascades and their role in coronary artery health and disease. J Cell Signal. 2021;2(1):52-62. doi 10.33696/Signaling.2.035

52. Xia Y., Zhang M., Song R., Wu H., Deng J., Huang S., Yang Y. The deficiency of DIP2C leads to congenital heart defects in patients with 10p15.3 microdeletion syndrome. Gene. 2025;969:149753. doi 10.1016/j.gene.2025.149753

53. Yang Y., Bartz T.M., Brown M.R., Guo X., Zilhão N.R., Trompet S., Weiss S., … Rotter J.I., Boerwinkle E., Fornage M., Jun G., Yu B. Identification of functional genetic determinants of cardiac troponin T and I in a multiethnic population and causal associations with atrial fibrillation. Circ Genom Precis Med. 2021;14(6):e003460. doi 10.1161/CIRCGEN.121.003460

54. Zaina S., Heyn H., Carmona F.J., Varol N., Sayols S., Condom E., Ramírez-Ruz J., GomezA., Gonçalves I., Moran S., Esteller M. DNA methylation map of human atherosclerosis. Circ Cardiovasc Genet. 2014;7(5):692-700. doi 10.1161/CIRCGENETICS.113.000441

55. Zhang F., Xia M., Jiang J., Wang S., Zhao Q., Yu C., Yu J., Xian D., Li X., Zhang L., Liu Y., Peng M. Machine learning and bioinformatics to identify 8 autophagy-related biomarkers and construct gene regulatory networks in dilated cardiomyopathy. Sci Rep. 2022;12(1):15030. doi 10.1038/s41598-022-19027-5

56. Zhao Q., Pedroza A., Sharma D., Gu W., Dalal A., Weldy C., Jackson W., … Kundaje A., Fischbein M., Wirka R., Quertermous T., Cheng P. A cell and transcriptome atlas of human arterial vasculature. Cell Genom. 2025;5(12):101034. doi 10.1016/j.xgen.2025.101034

57. Zheng S.C., Breeze C.E., Beck S., Dong D., Zhu T., Ma L., Ye W., Zhang G., Teschendorff A.E. EpiDISH web server: Epigenetic Dissection of Intra-Sample-Heterogeneity with online GUI. Bioinformatics. 2019;36(6):1950-1951. doi 10.1093/bioinformatics/btz833