Транскриптомные часы считывают активность генов для определения старения
Группа американских исследователей разработала инновационные биологические часы, которые анализируют активность генов для предсказания продолжительности жизни и выявления признаков хронических заболеваний. В отличие от традиционных эпигенетических моделей, новый метод, основанный на РНК, показал высокую точность в оценке биологического возраста и риска смертности, открывая перспективы для тестирования антивозрастных вмешательств.
Новые биологические часы могут предсказать, когда человек, вероятно, умрет, ведь время тикает на протяжении всей жизни, просто никто не знает, когда оно остановится. Ученые разработали множество инструментов в своих попытках измерить биологическое старение: не только количество дней рождения у человека, но и степень износа его органов и клеток. Многие из этих инструментов называются эпигенетическими «часами», которые отслеживают химические изменения в ДНК, накапливающиеся с возрастом и при стрессе, но они не всегда надежны. Теперь исследователи разработали новые часы, основанные на активности генов, которые точно предсказывают продолжительность жизни и выявляют признаки хронических заболеваний. Это не значит, что прибор может точно сказать, сколько дней осталось до того, как человек покинет этот мир, однако исследователи обнаружили, что их недавно разработанная методика довольно хорошо помогает оценить, насколько далеко продвинулся в жизни человек или животное.
По мнению исследовательской группы, алгоритм, основанный на биомаркерах, будет полезен для анализа темпов биологического старения у разных видов, включая человека, и понимания того, когда это старение ускоряется или замедляется. Новые часы известны как транскриптомные часы. Согласно данным, они анализируют молекулы РНК, которые преобразуют гены в белки, чтобы выяснить, какие гены включены, а какие выключены, и поскольку с возрастом эта активность меняется, полученную информацию можно использовать как признак старения. Одним из ключевых нововведений здесь был сбор большого объема данных по четырем видам, мышам, крысам, макакам и людям, и последующее сравнение процессов старения у животных и между различными частями тела.
«Старение и вмешательства влияют на здоровье и смертность, однако молекулярные механизмы, лежащие в основе этой модуляции, остаются неясными», — заявили исследователи, поясняя, что они разработали многовидовые, многотканевые транскриптомные часы с хронологическим возрастом и ожидаемой смертностью для более чем 11 тысяч образцов четырех млекопитающих, удовлетворяя потребность в интерпретируемых биомаркерах старения, которые обобщают данные по органам и видам, отражая при этом состояние здоровья.
Команда обнаружила, что гены, связанные с такими процессами, как здоровое деление клеток и заживление ран, действуют как признаки замедления молекулярного старения, в то время как гены, связанные с гибелью клеток и воспалением, являются маркерами более быстрого старения и более старшего биологического возраста. Затем эти результаты были адаптированы к новым молекулярным часам, которые проверили на соответствие другим моделям старения и с помощью статистического анализа. Было показано, что часы правильно оценивают замедление или ускорение биологического старения, а также риск смертности, а используя образцы человеческой крови, они могут предсказать время до наступления смерти не хуже лучших эпигенетических часов. Более того, метод выявил известные факторы старения, такие как хронические заболевания, на животных моделях этих заболеваний и образцах тканей пациентов-людей. Исследователи считают, что с этим новым подходом может быть проще работать и он более информативен, чем эпигенетические часы, которые используются с 2013 года.
Генетические признаки старения были на удивление сохранены у всех четырех видов, что означает их значительное совпадение, и эта согласованность также была присуща нескольким типам клеток, включая мышечные клетки и клетки крови.
«Одни и те же гены связаны со старением, например, печени и сердца у крыс и людей», — поясняет биоинформатик Александр Тышковский, добавив, что, несмотря на очень разные функции и происхождение клеток, они по-прежнему имеют одни и те же биомаркеры, связанные со старением. Эта общность позволяет предположить, что биомаркеры могут быть подлинными признаками старения, хотя мы не знаем, способствуют ли они старению каким-либо образом.
«Давно известно, что уровни экспрессии генов, которые защищают от клеточного стресса и реагируют на него, увеличиваются с возрастом, что наводит на мысль об адаптивных реакциях, а не о причинных факторах», — рассказывает молекулярный биолог Жоао Педро де Магальяйнш. Он отмечает, что пока неясно, влияют ли транскриптомные сигнатуры на старение, и можно ли их считать следствием или они представляют собой компенсаторные механизмы.
По словам исследователей, здоровое питание может помочь замедлить их, в то время как болезни и загрязнение окружающей среды, как правило, ускоряют их. Одним из способов, которым этот новый инструмент анализа обещает быть полезным, станет тестирование эффектов различных вмешательств, ведь с его помощью можно было бы увидеть, как изменения образа жизни или лекарственные препараты влияют на биологическое старение, без длительных испытаний. Это все еще инструмент оценки, и во многих случаях он не заменит клинические тесты, но может быть использован для ранней оценки.
«Это исследование выявляет сохраненные сигнатуры и модульную архитектуру регулирования смертности, обеспечивая основу для количественной оценки и целенаправленного воздействия на старение клеточных подсистем у разных видов и тканей», — заключают исследователи.