|
Эпигенетические часы старения сделали точными
|
|
|
|
Эпигенетические часы являются важными инструментами в современных исследованиях старения. Как правило, они используют характерные паттерны метилирования ДНК в геноме для точного прогнозирования возраста человека и вывода заключений о биологических процессах старения индивида. Однако почему это работает так хорошо и какие биологические механизмы лежат в основе этого, остается неясным. Исследователи из Института старения им. Лейбница — Института Фрица Липмана (FLI) изучили основу существующих эпигенетических часов и разработали новую модель, TFMethyl clock, которая сочетает в себе точность прогнозирования с улучшенной биологической интерпретируемостью.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Nucleic Acids Research, дает новые представления о молекулярных процессах старения и открывает новые возможности для исследований возрастных заболеваний.
|
|
|
|
Биологический возраст человека не всегда соответствует его хронологическому возрасту, поскольку образ жизни, факторы окружающей среды или заболевания могут ускорять или даже замедлять процесс старения. Для измерения этих различий уже несколько лет во всем мире используются так называемые эпигенетические часы. Многие из них основаны на возрастных изменениях метилирования ДНК — химических метках на ДНК, которые могут влиять на регуляцию генов.
|
|
|
|
|
|
|
Сегодня эпигенетические часы являются одними из важнейших биомаркеров в исследованиях старения. Они используются для изучения процессов старения, лучшего понимания возрастных заболеваний и оценки эффективности потенциальных методов борьбы со старением. Однако, несмотря на их высокую точность, важнейший вопрос о том, какие биологические процессы отражают эти часы, до сих пор оставался без ответа.
|
|
|
|
Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, исследователи из Института старения им. Лейбница — Института Фрица Липмана (FLI) в Йене, совместно с международными партнерами из Еврейского университета в Иерусалиме, Эдинбургского университета и Лондонского университета королевы Марии, систематически исследовали участки метилирования ДНК установленных эпигенетических часов и их регуляторную функцию. Основное внимание было уделено сайтам связывания транскрипционных факторов, которые включают или выключают гены, тем самым контролируя центральные процессы регуляции генов.
|
|
|
|
«Эпигенетические часы демонстрируют впечатляюще точные предсказания хронологического возраста. Тем не менее, удивительно мало известно о биологических механизмах, лежащих в основе этих предсказаний», — объясняет Тушар Патель, первый автор исследования. Систематический анализ сайтов метилирования ДНК, используемых большинством моделей часов, показал, что многие сайты метилирования не находятся в пределах экспериментально подтвержденных сайтов связывания транскрипционных факторов.
|
|
|
|
«Поэтому мы задались вопросом, можно ли улучшить биологические часы, построив их из областей генома, которые непосредственно влияют на экспрессию генов», — добавляет Стив Хоффманн, соавтор исследования.
|
|
|
|
С помощью этого подхода исследователи выявили меньшую группу регуляторных сайтов метилирования ДНК, которые обогащены в процессах старения. К ним относятся, среди прочего, сигнальные пути, участвующие в производстве интерлейкина-1-бета и метаболизме жирных кислот. Это указывает на молекулярные сигнальные пути, которые могут непосредственно способствовать биологическому старению.
|
|
|
|
«Наша модель — одна из самых точных из разработанных на сегодняшний день. Что еще важнее, в отличие от других эпигенетических часов, она дает представление о биологических механизмах, которые могут напрямую влиять на процесс старения», — подчеркивает Алена ван Бёммель, последний соавтор исследования, недавно назначенная профессором нейроэпигенетики и науки о данных в Мюнхенском университете имени Людвига-Максимилиана.
|
|
|
|
На основе этих результатов команда разработала новые эпигенетические часы — TFMethyl Clock. В отличие от традиционных моделей, эти часы специально учитывают участки метилирования ДНК, которые зависят от возраста и расположены в пределах участков связывания транскрипционных факторов. Подход был дополнен новыми методами обработки данных, которые группируют биологически схожие паттерны метилирования. В целом, эти стратегии уменьшили влияние мешающих факторов и дополнительно улучшили точность прогнозирования и надежность.
|
|
|
|
Новые часы достигли точности прогнозирования, сопоставимой с известными моделями, а в некоторых случаях превзошли их. В то же время, это позволяет получить значительно более глубокое понимание биологических процессов, лежащих в основе признаков старения, и молекулярных сетей, с которыми они связаны. Например, исследователи обнаружили свидетельства участия сигнальных путей, связанных, среди прочего, с продукцией воспалительного медиатора интерлейкина-1-бета и метаболизмом жирных кислот.
|
|
|
|
Кроме того, около трех четвертей целевых генов, идентифицированных моделью, демонстрировали возрастные изменения активности генов — это указывает на то, что выбранные маркеры действительно отражают функционально значимые процессы старения.
|
|
|
|
Исследование не только предлагает улучшенный метод определения возраста, но и открывает новые возможности для систематического изучения биологических механизмов старения. В долгосрочной перспективе более биологически интерпретируемые эпигенетические часы могут помочь более точно определить молекулярные причины возрастных изменений и способствовать разработке новых подходов к профилактике и лечению возрастных заболеваний.
|
|
|
|
«В будущем эпигенетические часы могут стать чем-то гораздо большим, чем просто точные биомаркеры. Они могут помочь нам понять, какие регуляторные сети участвуют в процессе старения, и, таким образом, открыть новые направления исследований старения», — заявили исследователи.
|
|
|
|
Источник
|
