Що стимулює старіння? Нове дослідження, яке поєднує дві добре відомі ознаки старіння, а саме генетичні мутації та епігенетичні зрушення, може наблизити нас до відповіді. (Кредит зображення: hh5800 через Getty Images)
Вчені часто використовують «епігенетичні годинники» для вимірювання біологічного старіння, але чому ці годинники цокають, до кінця не зрозуміло. Тепер вчені знайшли підказку: годинники синхронізуються з випадковими мутаціями, які виникають у ДНК, коли ми старіємо.
Давно відомо, що протягом життя людини мутації накопичуються в ДНК клітин. Це відбувається, коли клітини розмножуються або піддаються впливу, наприклад радіації та інфекції. Крім того, з віком механізми відновлення пошкодженої ДНК не працюють. Оскільки люди старіють і мутації наростають, шанси на проблеми з імунітетом, нейродегенерацію та рак також різко зростають.
Але мутації ДНК не розповідають всю історію старіння.
Існують також молекулярні зміни, які відбуваються «поверх» ДНК. Ці зміни, відомі як «епігенетичні» зміни, безпосередньо не змінюють базовий код ДНК. Скоріше вони вмикають або вимикають гени або збільшують або зменшують гучність. Дослідження показують, що шаблон епігенетичних маркерів на ДНК змінюється передбачуваним чином, коли ми старіємо, і епігенетичні годинники працюють, відстежуючи ці шаблони, а потім оцінюючи «біологічний вік» даної людини або тканини.
Нове дослідження, опубліковане 13 січня в журналі Nature Aging, по-новому поєднує ці генетичні та епігенетичні зміни.
«Це важливе дослідження», — сказав Джессі Поганік, дослідник у Бригамській жіночій лікарні та викладач медицини в Гарвардській медичній школі, який не брав участі в дослідженні.
«Люди дуже справедливо критикують так звану природу чорного ящика епігенетичних годинників», — сказав він Live Science. Є багато запитань про те, що спричиняє епігенетичні зміни, які ми бачимо, і чи самі зміни насправді спричиняють старіння чи є лише його відображенням — наприклад, зморшки є ознакою старіння шкіри, а не його причиною.
«Будь-яке подальше розуміння основних механізмів, які діють, зрештою допоможе нам просунутися в цій галузі», — сказав Поганік.
Каскад змін
Нове дослідження розпочато зі старшого співавтора дослідження доктора Стівена Каммінгса, виконавчого директора Координаційного центру Сан-Франциско при Каліфорнійському університеті (UC), який висунув теорію про те, що генні мутації можуть бути безпосередньо пов’язані зі змінами, виміряними епігенетичними годинниками. І, зрештою, «це те, що ми знайшли», — сказав Каммінгс, який також є старшим науковим співробітником Дослідницького інституту Каліфорнійського тихоокеанського медичного центру Sutter Health.
«Це два дуже тісно пов’язані», — сказав він Live Science.
Щоб пояснити аргументацію цієї теорії, давайте розберемо трохи хімії.
Один з поширених способів епігенетики, на якому базується більшість епігенетичних годинників, називається метилюванням ДНК. Це включає в себе молекули, які називаються метильними групами, що закріплюються на цитозині (C), одній із чотирьох літер у коді ДНК. Це в основному відбувається в місцях молекули ДНК, де C знаходиться поруч із гуаніном (G), відомих як сайти CpG. Але якщо є мутація і змінюється C або G, ця ділянка більше не є CpG і, отже, набагато менш імовірна для метилювання.
«Це спосіб, у який мутація може спричинити зміну метилювання — втрату метилювання», — сказав старший співавтор дослідження Трей Ідекер, професор Медичної школи Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та Інженерної школи Джейкобса.
«І виявилося, що насправді може бути навпаки», — додав Ідекер. Метилювання може, у свою чергу, впливати на те, де з’являються мутації ДНК. Якщо метильна група приєднується до певної частини C, це може спровокувати хімічну реакцію, яка дестабілізує C, збільшуючи ймовірність його мутації пізніше, пояснив Ідекер.
Враховуючи цей поштовх між мутаціями та метилюванням, команда задумалася, чи зможуть вони пов’язати ці взаємозалежні процеси зі старінням.
Для цього провідний автор дослідження Зейн Кох, докторант з біоінформатики в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго, переглянув дві існуючі бази даних: Атлас генома раку та Панраковий аналіз цілих геномів. З них команда отримала дані про мутації та метилювання понад 9330 хворих на рак. Більшість даних отримано з біопсії пухлини, але у підгрупи пацієнтів також були взяті зразки з нормальних неракових тканин. Важко знайти порівняно великі набори даних як з генетичними, так і з епігенетичними даними, зазначив Ідекер.
Підбираючи цифри, дослідники виявили, що мутовані сайти CpG справді несуть менше метилювання, ніж немутовані сайти CpG. Більше того, мутації, здавалося, збігалися з ширшим ефектом хвилі: непошкоджені сайти CpG, розташовані поблизу цих мутантів, були «разюче гіперметильовані», для порівняння. І ці ефекти хвиль можна було спостерігати до 10 000 літер з кожного боку мутації.
«Це ніби вибух зміни метилювання відбувається навколо цієї мутації», — сказав Ідекер, але ми поки що не знаємо, чому і як це відбувається, або точний час, яка подія станеться першою. «Єдине, що ми знаємо, це те, що існує дуже чіткий зв’язок».
Бачачи цей зв’язок, команда створила годинник на основі цих моделей генетичних та епігенетичних змін відповідно. Обидва годинники зробили однакові прогнози віку. Коротше кажучи, здається, що два годинники синхронізовані.
Що це може сказати нам про старіння? Цілком можливо, що генетичні та епігенетичні зміни відбуваються після якогось іншого процесу, який насправді є справжнім основним рушієм старіння. Однак Каммінгс підтримує іншу теорію: що мутації ДНК викликають старіння, а епігенетика просто відображає цей процес.
Якщо це так, то вчені, які намагаються зупинити або зупинити старіння, стикаються з проблемою. «Їм доведеться з’ясувати, як саме ви змінюєте соматичні мутації, що лежать в основі», — сказав Каммінгс, а не лише налаштовувати епігенетичні маркери поверх ДНК.
Необхідно провести більше досліджень, щоб повністю пояснити результати дослідження та їх зв’язок зі старінням. По-перше, у поточному дослідженні розглядалися лише тканини людей, хворих на рак, тому результати потрібно відтворити на осіб без цього захворювання, сказав Поганік. Крім того, зразки тканин у кожної людини були взяті в певний момент часу, тому команда не могла безпосередньо спостерігати зміни, що відбуваються з віком, додав він.
Ідекер припустив, що в майбутніх лабораторних експериментах вчені зможуть викликати мутації в клітинах, а потім спостерігати за будь-якими епігенетичними змінами, які розгортаються. Довгострокові дослідження людей, які спостерігають за людьми з часом, також можуть дати уявлення про те, яке явище відбувається першим, чи це справді постійна взаємодія між ними, сказав Поганік.
Разом ці майбутні дослідження проллють нове світло на те, що змушує епігенетичні годинники цокати, і, ширше, що змушує нас старіти.
«Навіть розробники та активні користувачі годинників визнають, що це обмеження — що ми не розуміємо, як вони працюють», — сказав Поганік. «Чим більше ми розуміємо, як вони працюють, тим більше ми будемо розуміти контекст, у якому їх застосовувати».
Nicoletta Lanese. Соціальні посилання. Навігація. Редактор каналів, Health
Ніколетта Лейнез є редактором каналу охорони здоров’я в Live Science, а раніше була редактором новин і штатним автором сайту. Вона має диплом про наукову комунікацію Каліфорнійського університету в Санта-Крузі та дипломи з нейронаук і танцю в Університеті Флориди. Її роботи з’явилися в The Scientist, Science News, Mercury News, Mongabay і Stanford Medicine Magazine, серед інших видань. Перебуваючи в Нью-Йорку, вона також активно займається танцями та бере участь у роботі місцевих хореографів.
Перш ніж коментувати, потрібно підтвердити своє загальнодоступне відображуване ім’я
Будь ласка, вийдіть, а потім увійдіть знову, після чого вам буде запропоновано ввести ваше відображуване ім’я.
Вийти
Sourse: www.livescience.com
