Эпигенетические часы
Как узнать возраст органов?
Вадим Гладышев, ПостНаука
Когда мы видим человека, то в большинстве случаев можем достаточно точно определить, сколько ему лет. Но иногда человек выглядит не на свой возраст. Одна из возможных причин связана с тем, что кожа у человека может стареть быстрее или медленнее, чем другие органы. Но, возможно, само старение у разных людей происходит по-разному. Что же тогда считать универсальным возрастом? Рассказывает биолог Вадим Гладышев.
Биологический возраст организма
Если у ученых будет возможность определять биологический возраст организма (реальный возраст) на основе накопленных повреждений, а не хронологически, то они смогут изучать старение разных органов. Благодаря таким механизмам можно было бы проверять, насколько интервенции, которые влияют на продолжительность жизни, оказывают влияние на биологический возраст.
До недавнего времени биомаркеров, которые позволили бы проводить такие исследования, не существовало. Ученые испробовали много вариантов, но в итоге стало понятно, что окислительные повреждения, длина теломер или белковые агрегаты – все эти характеристики не отражают биологический возраст организма.
Все изменилось в 2011 году, когда ученый из Лос-Анджелеса Стив Хорват понял, что для определения биологического возраста можно использовать метилирование ДНК. Он выбрал именно этот метод, потому что один из четырех нуклеотидов ДНК может метилироваться – цитозин. Это относительно стабильная модификация, а таких мест в геноме много миллионов. Если проанализировать все места, где происходит метилирование, то можно будет утверждать, что в геноме есть некоторые цитозины, чье метилирование с возрастом отражает биологический возраст. Одно отдельное место, где происходит этот процесс, неточно отражает возраст, но если создать математическую модель, в которой будет несколько сотен таких мест, каждое с определенным весом в модели, то это поможет относительно точно определить биологический возраст.
Эпигенетические часы
В 2013 году Стив Хорват опубликовал работу, которая быстро стала классической, где он предложил идею эпигенетических часов на основе метилирования ДНК, отражающих биологический возраст организма вне зависимости от тканей. В процессе написания статьи идея таких часов казалась невероятной, поэтому многие не верили Стиву Хорвату. Со временем стало понятно, что такая модель постепенно улучшается и все лучше описывает сам процесс старения. Возникли часы на основе разных индивидуальных органов – например, «часы» на кровь, «часы» на печень, на другие ткани и общие часы. Словосочетание «часы Хорвата» уже стало именем нарицательным.
Идеи Стива Хорвата изучали и развивали другие ученые, и оказалось, что строить часы можно не только на хронологический возраст, как это делали в самом начале, но и на другие характеристики. Известно, что с возрастом накапливаются вредные фенотипические изменения, на которые тоже можно строить часы. В итоге возникли часы, которые называются PhenoAge – фенотипические часы.
Можно строить часы на смертность, не рассматривая точный возраст организма, а концентрируясь на оставшихся годах жизни. Так появилась идея GrimAge, о которой Стив Хорват написал в отдельном тексте, опубликованном в прошлом году. Все эти часы частично пересекаются друг с другом, но отражают разную биологию, поэтому они по-разному дают информацию о разных аспектах старения.
Часы на ткани и эффекты омоложения
В своей лаборатории мы использовали идею таких часов на мышах, потому что мыши – хороший модельный организм, где можно проверять разные интервенции и изучать механизмы старения. Мы создали часы, предсказывающие возраст вне зависимости от ткани мышей.
Кроме того, у нас есть часы на кровь. Если мышам ограничить количество потребляемых калорий, то эти мыши по часам на кровь будут более молодые, чем показывает их хронологический возраст. Давно известно, что ограничение в калориях увеличивает продолжительность жизни, но, согласно часам, этот процесс также замедляет старение.
Другая ситуация связана с отключением рецептора гормона роста. Если специально вырубить этот ген, то мыши будут стареть медленнее. Или если перепрограммировать взрослые клетки в эмбриональные через факторы Яманаки, то по нашим часам возраст этих клеток обнулится. Кроме нашей лаборатории опубликовали часы и другие исследователи. Сейчас на мышах существует около шести разных эпигенетических часов, которые построили пока только на хронологический возраст.
Идея и разработка эпигенетических часов открыли новую область биологии старения. Многие вопросы, на которые сейчас пытаются ответить ученые, несколько лет даже не изучались. Сейчас можно проверять, с какой скоростью стареют разные органы, изучать, когда начинается старение и какая динамика старения есть в разных органах, как старение одного органа влияет на старение другого органа, как возможно интегрировать все эти процессы, чтобы сделать единую модель старения. Все это совершенно новые направления, которые начали изучать только в последние годы.
Стив Хорват написал более сотни статей. Еще пять лет назад он понял, что люди с синдромом Дауна стареют быстрее и выглядят старше своего хронологического возраста. Люди, которые больны ожирением, тоже стареют быстрее, как и инфицированные СПИДом. Также Хорват одним из первых заметил, что мозжечок стареет медленнее, чем другие отделы мозга.
Сейчас эта область исследований очень разрослась. На эти темы проводят целые конференции. Исследования в этой области эпигенетики очень важны, потому что такие часы можно теперь использовать в клинических испытаниях, когда медики проверяют интервенции, которые увеличивают продолжительность жизни. С помощью эпигенетических исследований можно изучать омолаживание организма и много других фундаментальных процессов.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru