Чи могли б ми одного разу сповільнити або навіть перемотати старіння?

Колись Венера була схожа на Землю, але кліматичні зміни зробили її непридатною для життя

COVID-19: 3 важливі запитання щодо вакцин, на які відповів експерт

COVID-19: Що потрібно знати про пандемію коронавірусу 15 грудня

Людство давно одержимо вічною молодістю. Історії про еліксири життя та фонтани, що втамовують спрагу безсмертя, збурюють нашу уяву з незапам’ятних часів. Різні версії цих міфів з’являються на кожному континенті - навіть завоювання Олександра Македонського іноді приписують його пошукам відновлювальної річки, яка могла б зцілити спустошення часу.

Проте, незважаючи на нашу одержимість старінням, ми все ще дуже мало знаємо про те, як це працює. Чому і як ми старіємо? Чому, здається, кожен старіє по-різному? Чи можемо ми сповільнити це? Чи варто нам? На щастя, зараз у нас є більш точні інструменти, ніж міфологія, для дослідження цих питань, і ми винайшли інструмент, який може передбачати старіння мишей на основі активності в їх геномі з часом - і його навіть можна використовувати для уповільнення.

Старіння у людей та тварин неминуче, але воно трапляється по-різному у різних видів і навіть між різними органами тіла. Але ми ще не знаємо, чи спосіб нашого віку визначений наперед, є частиною невід’ємної біологічної програми, чи це просто знос.

Біологи розрізняють два типи віку: біологічний вік, показник того, наскільки добре функціонує ваше тіло, та хронологічний вік, який виражає, скільки вам років. Наприклад, молода людина, яка вживає величезну кількість алкоголю, може мати дуже стару печінку. Побоює те, що молода людина з дуже здоровим способом життя також може мати дуже стару печінку. Досі незрозуміло, які фактори впливають на біологічний вік і як.

Але епігенетика, дослідження того, як фактори навколишнього середовища та вибір способу життя впливають на наші гени, допомагає пролити додаткове світло на цю проблему. Зокрема, «метилювання ДНК», механізм, який використовується клітинами для контролю експресії генів - вмикається чи вимикається (і коли) ген. Метилювання ДНК передбачає фіксацію гена у "вимкненому" положенні шляхом додавання метильних груп до молекули ДНК. По суті, з віком метилювання ДНК модифікує функцію генів, не змінюючи їх основної послідовності ДНК.

Епігенетичні годинники

«Епігенетичний годинник» є інструментом для прогнозування як біологічного, так і хронологічного старіння та розуміння процесу старіння. Годинник відображає активність у геномі з плином часу на основі рівня метилювання ДНК у різних місцях.

Вимірювання рівня метилювання ДНК на певних ділянках геному може бути використано для оцінки біологічного віку клітини, тканини або органу. Порівнюючи цей вік із хронологічним та досліджуючи відмінності, вчені можуть почати розуміти, як працює старіння. Вони також можуть виявити фактори, що впливають на швидкість процесу, і знайти зв'язки з раком, ожирінням, хворобою Альцгеймера та багатьма іншими станами.

Стів Горват опублікував найвідоміший приклад епігенетичного годинника у статті 2013 року. Він проаналізував раніше зібрані дані дослідників, які вивчали метилювання як у здоровій, так і в хворій тканині людини, включаючи рак. Потім він використав його, щоб визначити, як вік впливає на рівень метилювання ДНК протягом усього життя. Роблячи це, Горвату вдалося виявити 353 маркери, які присутні у всьому тілі і змінюються з віком. Годинник має широке застосування: він використовує однакові маркери, незалежно від джерела ДНК в організмі, тому ви можете використовувати зразки з будь-якої тканини або рідини в організмі для прогнозування біологічного віку з поважною середньою похибкою 3,6 року.

Одним із гострих питань щодо епігенетичного годинника Горвата є те, чи можна було б зробити тонкі зміни в його молекулярних компонентах (метильних групах) і спостерігати, як ці зміни уповільнюють або прискорюють старіння. Звичайно, такий експеримент був би неможливим для людей як з етичних, так і з практичних міркувань.

Експериментуйте на мишах

Для вирішення цієї проблеми наша група дослідників з Інституту Бабрахама та Європейського інституту біоінформатики в Кембриджі, Великобританія, запропонувала новий епігенетичний годинник, опублікований у Genome Biology - першому в історії подібному інструменті для вивчення старіння мишей.

Обчислювальні методи та програмне забезпечення для розуміння біологічних даних (біоінформатика) є критично важливими для вирішення цього питання і дозволили нам створити точну модель біологічного віку. Ми можемо порівняти передбачення годинника миші з іншими епігенетичними годинниками і зробити висновки про те, як старіють ссавці. Наша стаття показує, що зміни метилювання ДНК на 329 ділянках геному миші можуть передбачити її вік з точністю трохи більше трьох тижнів.

Ми підтвердили наш метод, продемонструвавши, що зміни способу життя, як відомо, скорочують тривалість життя, наприклад, видалення яєчників, насправді пришвидшили епігенетичний годинник миші. Дієта з високим вмістом жиру, яка, як ми знаємо, шкодить здоров’ю людини, також прискорила годинник.

Наступним кроком є заглиблення у внутрішню роботу епігенетичного годинника миші та зміну швидкості його тикання. Наприклад, ми могли б ідентифікувати молекули або ліки, які змінюють годинник метилювання, а потім змінити їх шляхом редагування геному або лікування наркотиками. Це повинно виявити, чи на старіння безпосередньо впливають структури метилювання ДНК, чи старіння - це зачитування історії, вже написаної в наших геномах.

Ми також будемо вивчати нові підходи до перемотування годинників, що старіють, з метою омолодження клітин, тканин або навіть цілих організмів. Тож старі пошуки продовжуються, але в тихіших сферах аналізу даних, а не експедицій до нових берегів. Ми сподіваємось одного разу озирнутися на епігенетику як на те поле, яке змінило гру, і пролити світло на нестаріючу таємницю старіння.