زمان‌سنج‌های اپی‌ژنتیک روشی جدید برای اندازه‌گیری سن ابداع می‌کنند

چه‌چیزی باعث پیری ما می‌شود؟ «زمان‌سنج‌های» جدیدی که توسط محققان ساخته شده‌اند ممکن است به پاسخ‌ها کمک کنند.

روشی جدید برای پیش‌بینی سن بیولوژیکی

محققان بیمارستان بریگهام و زنان، از شکل جدید زمان‌سنج‌های اپی ژنتیک پرده‌برداری کردند. این زمان‌سنج یک مدل یادگیری ماشینی است که برای پیش‌بینی سن بیولوژیکی از ساختار دی‌ان‌ای طراحی شده است.

مدل جدید بین تفاوت‌های ژنتیکی که پیری را کند و سریع می‌کنند، سن بیولوژیکی را پیش‌بینی می‌کند و مداخلات ضد پیری را با دقت بیشتر ارزیابی می‌کند.

زمان‌سنج‌های قبلی رابطه بین الگوهای متیلاسیون دی‌ان‌ای و ویژگی‌هایی را که ما می‌دانیم با پیری مرتبط هستند درنظر می‌گرفتند. اما این ویژگی‌ها به ما نمی‌گویند که کدام عوامل باعث می‌شود بدن فرد سریع‌تر یا کندتر پیر شود.

وادیم گلادیشف، نویسنده مقاله و محقق اصلی در بخش ژنتیک گفت: «ما اولین زمان‌سنج را برای تمایز بین علت و معلول ایجاد کرده‌ایم. ساعت‌های ما بین تغییراتی که پیری را سرعت می‌بخشند و با آن مقابله می‌کنند، برای پیش‌بینی سن بیولوژیکی و ارزیابی اثربخشی مداخلات پیری تمایز قائل می‌شوند.»

محققان مدت‌هاست که ارتباط بین متیلاسیون دی‌ان‌ای (تغییرات در ساختار ژنتیکی ما که عملکرد ژن را شکل می‌دهد) و تاثیر آن بر روند پیری را تایید کرده‌اند. به‌طور قابل توجهی، مناطق خاصی از دی‌ان‌ای ما، که به‌عنوان جزایر سی‌پی‌جی شناخته می‌شوند، به شدت با پیری مرتبط هستند.

درحالی‌که انتخاب‌های سبک زندگی، مانند سیگار کشیدن‌ و رژیم غذایی بر متیلاسیون دی‌ان‌ای تأثیر می‌گذارند، وراثت ژنتیکی ما نیز تأثیرگذار است و توضیح می‌دهد که چرا افراد با سبک زندگی مشابه ممکن است با سرعت‌های متفاوتی پیر شوند.

ساعت‌های اپی ژنتیک موجود، سن بیولوژیکی (سن واقعی سلول‌های ما) را با استفاده از الگوهای متیلاسیون دی‌ان‌ای پیش‌بینی می‌کنند. با این‌حال، تاکنون هیچ زمان‌سنجی بین تفاوت‌های متیلاسیون که باعث پیری بیولوژیکی می‌شوند و آنهایی که صرفاً با فرآیند پیری مرتبط هستند، تمایز قائل نشده است.

شاخص‌های زمان‌سنج‌ها

آلبرت یینگ، نویسنده اول مقاله، با استفاده از مجموعه داده‌های ژنتیکی بزرگ، یک روش تصادفی سازی مندلی در سطح اپی ژنوم (EWMR) را بر روی 20509 منطقه سی‌پی‌جی که باعث ایجاد هشت ویژگی مرتبط با پیری می‌شود، استفاده کرد.

هشت ویژگی مرتبط با پیری شامل طول عمر، حداکثر طول عمر (بقای فراتر از صدک 90)، طول سلامت (سن در هنگام بروز اولین بیماری مرتبط با پیری)، شاخص سستی (معیار ضعف فرد بر اساس تجمع نقایص سلامتی در طول عمر)، سلامت خودارزیابی، و سه شاخص گسترده دیگر که شامل سابقه خانوادگی، وضعیت اجتماعی-اقتصادی و سایر عوامل سلامتی است.

با درنظرگیری این صفات و مکان‌های دی‌ان‌ای مرتبط با آن‌ها، یینگ سه مدل به نام‌های CausAge ،DamAge و AdaptAge ایجاد کرد. مدل CausAge زمان‌سنج عمومی است که سن بیولوژیکی را بر اساس عوامل دی‌ان‌ای سببی پیش‌بینی می‌کند. دو مدل دیگر فقط شامل تغییرات مخرب یا محافظتی است.

پس از آن، نمونه خون 7036 فرد 18 تا 93 ساله از «مطالعات هم‌گروهی Generation Scotland» تجزیه و تحلیل شد و درنهایت مدل‌ها روی داده‌های 2664 نفر آزموده‌ شد.

با این داده‌ها، محققان نقشه‌ای تهیه کردند که مکان‌های سی‌پی‌جی انسان را که باعث پیری بیولوژیکی می‌شوند، مشخص می‌کند. این نقشه به محققان اجازه می‌دهد بیومارکرهای مسبب پیری را شناسایی و چگونگی افزایش طول عمر یا تسریع پیری را ارزیابی کنند.

آزمایش مدل‌های زمان‌سنج‌ها

دانشمندان اعتبار زمان‌سنج‌های خود را بر روی داده‌های 4651 فرد که در مطالعات قلب فرامینگهام و پیری هنجاری جمع‌‌آوری شده‌ بود، آزمایش کردند. آنها دریافتند که DamAge با پیامدهای نامطلوب، از جمله مرگ و میر و AdaptAge با طول عمر مرتبط است. AdaptAge نشان می‌دهد بیماری‌های مربوط به سن، به خطر مرگ کمک می‌کند. درحالی‌که تغییرات محافظتی در متیلاسیون DNA ممکن است به طول عمر بیشتر کمک کند.

آنها سپس توانایی زمان‌سنج‌ها را برای ارزیابی سن بیولوژیکی با برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های بنیادی آزمایش کردند. برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های بنیادی، تبدیل سلول‌های ویژه مانند سلول‌های پوست، به حالتی جوان‌تر است که در آن می‌توانند به انواع مختلف سلول‌ها در بدن تبدیل شوند. هنگام استفاده از زمان‌سنج‌ها روی سلول‌های تازه تبدیل شده‌، DamAge کاهش یافت که نشان‌دهنده کاهش آسیب‌های مربوط به سن در طول برنامه‌ریزی مجدد است. درحالی‌که AdaptAge الگوی خاصی را نشان نداد.

درنهایت، این تیم عملکرد زمان‌سنج‌ خود را در نمونه‌های بیولوژیکی از بیماران مبتلا به بیماری‌های مزمن مختلف، از جمله سرطان و فشار خون بالا و همچنین نمونه‌های آسیب‌دیده از انتخاب‌های بد در سبک زندگی مانند سیگار کشیدن، آزمایش کردند. DamAge در شرایط مرتبط با آسیب‌های مربوط به سن افزایش می‌یابد، درحالی‌که AdaptAge کاهش می‌یابد و به‌طور موثر سازگاری‌های محافظتی را به‌دست می‌آورد.

گلادیشف گفت: «پیری فرآیند پیچیده‌ای است و ما هنوز نمی‌دانیم چه مداخلاتی علیه آن عمل می‌کند. یافته‌های ما گامی رو به جلو برای تحقیقات سالمندی است و به ما امکان می‌دهد تا سن بیولوژیکی را با دقت بیشتری تعیین کنیم. همچنین بتوانیم توانایی مداخلات جدید برای افزایش طول عمر را پیدا و ارزیابی کنیم.