Metabolomics and metagenomics in hypertension
Palmu, Joonatan (2022-06-10)
Metabolomics and metagenomics in hypertension
(10.06.2022)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8896-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8896-9
Tiivistelmä
While hypertension has been linked to various modifiable and fixed risk factors, the exact mechanisms behind blood pressure (BP) regulation and hypertension onset remain elusive. The rapid development in scientific branches studying genome, proteome, metabolome, and metagenome, coined collectively as ‘omics’, offer robust methods for studying complex biological phenomena in large population samples.
The motivation of the current study was to assess the relation of the metabolome and metagenome with high BP in large Finnish cohorts. The specific aims were to estimate the association between gut microbiota and hypertension, to study the plasma metabolic profile of hypertension, and to elucidate if a family of circulating polyunsaturated fatty acid derived small molecule regulators of systemic inflammation, eicosanoids, are associated with BP.
This and previous population studies demonstrate that gut microbiota is associated with human hypertension. Biologically reasonable pathophysiological mechanisms, including ones related to sodium intake, have been proposed to explain the phenomenon. However, the significance of these effects on population BP and health remains unclear and warrants further research.
In this thesis, we demonstrate a strong association between circulating eicosanoids and BP in humans. We also use conventional statistical methods and multivariable machine learning models to define a metabolic profile of hypertension and blood pressure change using high abundance serum metabolic measures. Our results suggest that particularly serum lipids, and particularly low density lipoprotein-derived and very low density lipoprotein-derived cholesterol measures, and glucose metabolism abnormalities are associated with hypertension onset.
Our studies improve the current knowledge on the associations of gut microbiota and circulating metabolites with BP. Metabolomics and metagenomics offer novel approaches to improve hypertension risk prediction and to discover potential targets for therapeutic intervention of elevated BP. Verenpainetaudin metabolomiikka ja metagenomiikka
Verenpainetaudin ilmaantuminen on yhteydessä lukuisiin riskitekijöihin, joista osaan voimme vaikuttaa elintavoilla ja joista osa on synnynnäisiä. Tästä huolimatta ymmärryksemme verenpainetaudin synnystä on vielä puutteellinen. Viime vuosina tutkijoiden käyttöön on tullut laaja joukko uusia biomolekyylien tutkimusmenetelmiä, joita kutsutaan yhteisnimellä ’omiikat’. Tämän kehityksen myötä myös suurten kansallisten tutkimusaineistojen analysointi on muuttunut kustannustehokkaaksi.
Väitöskirjani keskeisenä tutkimuskysymyksenä oli selvittää, tarjoavatko nämä biomolekyylien tutkimusmenetelmät uutta tietoa kohonneesta verenpaineesta suurissa suomalaisissa väestöaineistoissa. Väitöskirjani ensimmäisessä osassa tutkimme suolistobakteerien yhteyttä verenpainetautiin ja ravinnon suolaan. Väitöskirjani toisessa osassa tutkimme verenkierron aineenvaihduntatuotteiden yhteyttä verenpainetautiin.
Tuloksemme yhdessä aikaisemman tutkimustiedon kanssa tukee käsitystä, että verenpaineen ja suolistobakteerien välillä on yhteys. Kykenemme myös jo kertyneen tiedon valossa esittämään hypoteeseja yhteyden tautiopillisesta perustasta. Erityisesti ravinnon suola vaikuttaa isäntälajin lisäksi myös suolistobakteerien elinolosuhteisiin. Emme kuitenkaan vielä kykene arvioimaan, onko suolistobakteerien ja verenpaineen välisellä yhteydellä kansanterveystieteellistä merkitystä, mutta odotamme tulevaisuuden tutkimusten vielä tuovan tähän kyymykseen vastauksen.
Väitöskirjani jälkimmäinen puoli tukee verenkierrossa kulkevien pienten rasvaliukoisten tulehdusvälittäjäaineiden, eikosanoidien, yhteyttä verenpainetautiin. Tutkimme myös sekä perinteisiä tilastollisia menetelmiä että koneoppimismalleja käyttäen seerumin aineenvaihduntatuotteiden profiilia verenpainetaudissa. Tulostemme perusteella seerumin rasva- ja sokeriaineenvaihdunnan häiriöt, erityisesti korkea LDL- ja VLDL-kolesteroli, kytkeytyvät verenpainetaudin ilmaantuvuuteen.
Väitöskirjani tuotti uutta tieteellistä tietoa suolistobakteerien ja verenkierron aineenvaihduntatuotteiden yhteydestä verenpainetautiin. Metabolomiikka ja metagenomiikka tarjoavat joukon tehokkaita uusia menetelmiä tutkimukselle, jonka tavoitteena on korkean verenpaineen ehkäiseminen tai hoitaminen.
The motivation of the current study was to assess the relation of the metabolome and metagenome with high BP in large Finnish cohorts. The specific aims were to estimate the association between gut microbiota and hypertension, to study the plasma metabolic profile of hypertension, and to elucidate if a family of circulating polyunsaturated fatty acid derived small molecule regulators of systemic inflammation, eicosanoids, are associated with BP.
This and previous population studies demonstrate that gut microbiota is associated with human hypertension. Biologically reasonable pathophysiological mechanisms, including ones related to sodium intake, have been proposed to explain the phenomenon. However, the significance of these effects on population BP and health remains unclear and warrants further research.
In this thesis, we demonstrate a strong association between circulating eicosanoids and BP in humans. We also use conventional statistical methods and multivariable machine learning models to define a metabolic profile of hypertension and blood pressure change using high abundance serum metabolic measures. Our results suggest that particularly serum lipids, and particularly low density lipoprotein-derived and very low density lipoprotein-derived cholesterol measures, and glucose metabolism abnormalities are associated with hypertension onset.
Our studies improve the current knowledge on the associations of gut microbiota and circulating metabolites with BP. Metabolomics and metagenomics offer novel approaches to improve hypertension risk prediction and to discover potential targets for therapeutic intervention of elevated BP.
Verenpainetaudin ilmaantuminen on yhteydessä lukuisiin riskitekijöihin, joista osaan voimme vaikuttaa elintavoilla ja joista osa on synnynnäisiä. Tästä huolimatta ymmärryksemme verenpainetaudin synnystä on vielä puutteellinen. Viime vuosina tutkijoiden käyttöön on tullut laaja joukko uusia biomolekyylien tutkimusmenetelmiä, joita kutsutaan yhteisnimellä ’omiikat’. Tämän kehityksen myötä myös suurten kansallisten tutkimusaineistojen analysointi on muuttunut kustannustehokkaaksi.
Väitöskirjani keskeisenä tutkimuskysymyksenä oli selvittää, tarjoavatko nämä biomolekyylien tutkimusmenetelmät uutta tietoa kohonneesta verenpaineesta suurissa suomalaisissa väestöaineistoissa. Väitöskirjani ensimmäisessä osassa tutkimme suolistobakteerien yhteyttä verenpainetautiin ja ravinnon suolaan. Väitöskirjani toisessa osassa tutkimme verenkierron aineenvaihduntatuotteiden yhteyttä verenpainetautiin.
Tuloksemme yhdessä aikaisemman tutkimustiedon kanssa tukee käsitystä, että verenpaineen ja suolistobakteerien välillä on yhteys. Kykenemme myös jo kertyneen tiedon valossa esittämään hypoteeseja yhteyden tautiopillisesta perustasta. Erityisesti ravinnon suola vaikuttaa isäntälajin lisäksi myös suolistobakteerien elinolosuhteisiin. Emme kuitenkaan vielä kykene arvioimaan, onko suolistobakteerien ja verenpaineen välisellä yhteydellä kansanterveystieteellistä merkitystä, mutta odotamme tulevaisuuden tutkimusten vielä tuovan tähän kyymykseen vastauksen.
Väitöskirjani jälkimmäinen puoli tukee verenkierrossa kulkevien pienten rasvaliukoisten tulehdusvälittäjäaineiden, eikosanoidien, yhteyttä verenpainetautiin. Tutkimme myös sekä perinteisiä tilastollisia menetelmiä että koneoppimismalleja käyttäen seerumin aineenvaihduntatuotteiden profiilia verenpainetaudissa. Tulostemme perusteella seerumin rasva- ja sokeriaineenvaihdunnan häiriöt, erityisesti korkea LDL- ja VLDL-kolesteroli, kytkeytyvät verenpainetaudin ilmaantuvuuteen.
Väitöskirjani tuotti uutta tieteellistä tietoa suolistobakteerien ja verenkierron aineenvaihduntatuotteiden yhteydestä verenpainetautiin. Metabolomiikka ja metagenomiikka tarjoavat joukon tehokkaita uusia menetelmiä tutkimukselle, jonka tavoitteena on korkean verenpaineen ehkäiseminen tai hoitaminen.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2888]