インテリジェンスレベルに不一致の一卵性双子のゲノム全体のDNAメチル化と遺伝子発現分析

知能商（IQ）テストで測定される人間の知能は、人間の定量的特性の中で最も高い遺伝性の1つを示しています。それにもかかわらず、個々の遺伝子の効果サイズが小さいため、知能の原因となる定量的形質局所を特定するための研究が課題に直面しています。表現型に不一致の一卵性（MZ）双子は、無関係な遺伝的および環境的要因の効果を最小限に抑えるための実行可能な方法を提供し、双子間のエピジェネティックまたは遺伝子発現の違いを見つけることにより、より解釈可能な結果をもたらすはずです。ここでは、17ペアの健康なMZ双子の不一致をインテリジェントに使用して、アレイベースのゲノム全体のDNAメチル化と遺伝子発現分析を実施しました。Rho GtPaseに関連するArhgap18は、ペアワイズメチル化状態分析で同定され、直接ビスライトシーケンスと定量的RT-PCRを介して検証されました。発現プロファイル分析を実行するために、遺伝子はIQが高い双子のグループとそのCO-Twinsのグループ間で濃縮分析（GSEA）を設定し、IQが高いグループ内のいくつかのリボソーム関連遺伝子とDNA複製関連遺伝子の上方制御された発現を明らかにしました。個々のペアにもっと焦点を当てるために、ペアワイズGSEAと先端分析を実施しました。これは、IQが低い双子のいくつかのイオンチャネル関連遺伝子の上方制御された発現を示しました。私たちの発見は、これらの遺伝子グループがIQに関連している可能性があり、人間の知能の根底にあるメカニズムに光を当てるべきであることを暗示しています。

Human intelligence, as measured by intelligence quotient (IQ) tests, demonstrates one of the highest heritabilities among human quantitative traits. Nevertheless, studies to identify quantitative trait loci responsible for intelligence face challenges because of the small effect sizes of individual genes. Phenotypically discordant monozygotic (MZ) twins provide a feasible way to minimize the effects of irrelevant genetic and environmental factors, and should yield more interpretable results by finding epigenetic or gene expression differences between twins. Here we conducted array-based genome-wide DNA methylation and gene expression analyses using 17 pairs of healthy MZ twins discordant intelligently. ARHGAP18, related to Rho GTPase, was identified in pair-wise methylation status analysis and validated via direct bisulfite sequencing and quantitative RT-PCR. To perform expression profile analysis, gene set enrichment analysis (GSEA) between the groups of twins with higher IQ and their co-twins revealed up-regulated expression of several ribosome-related genes and DNA replication-related genes in the group with higher IQ. To focus more on individual pairs, we conducted pair-wise GSEA and leading edge analysis, which indicated up-regulated expression of several ion channel-related genes in twins with lower IQ. Our findings implied that these groups of genes may be related to IQ and should shed light on the mechanism underlying human intelligence.