Можем ли мы доверять часам метилирования?

Часы метилирования — это эмпирическая конструкция. В этом процессе нет понимания физиологии или метаболизма. Часы спроектированы таким образом, чтобы наилучшим образом предсказывать (например, в случае часов GRIM-Age) будущую смертность и заболеваемость на основе паттернов метилирования. Весь процесс не зависит от биологического механизма.

Возникает закономерный вопрос, действительно ли лекарство или диета, которые переводят часы метилирования вспять, увеличивают продолжительность жизни. Возможно, метилирование является следствием старения, как седые волосы или морщинистая кожа. Мы вряд ли ожидаем, что крем для кожи или краска для волос увеличат продолжительность жизни.

Лично для меня это простой вопрос. С 1996 года я посвятил большую часть своей профессиональной карьеры противостоянию версии эволюции с «эгоистичным геном» и продвижению многоуровневого отбора. Я собрал доказательства того, что старение — это системное явление, контролируемое централизованно, и что эпигенетика (включая метилирование) — это основной способ, с помощью которого старение навязывается организму. Я был готов поверить, что часы метилирования измеряют что-то реальное и важное еще до того, как появились первые часы. [2013].

Многие другие ученые, изучающие антивозрастные вмешательства, были рады применить практический подход, вообще не прибегая к теории, но принимая впечатляющие корреляции часов старения с другими показателями биологического возраста как достаточно вескую причину, чтобы верить, что любое вмешательство, способное установить назад часы метилирования, вероятно, отбрасывают назад биологический возраст.

Морган Левин — биостатистик. по преимуществу. В качестве постдока, работая со Стивом Хорватом, она разработала то, что я считаю лучшими и наиболее полезными часами метилирования. компонентный анализ [my write-up last September]

В недавнем препринте Морган Левин глубоко задумался над тем, можно ли доверять часам метилирования так, как доверяют им многие из нас. Несмотря на молодость и только начало своей карьеры, она сделала больше, чем кто-либо, кроме самого Хорвата, для продвижения технологии часов метилирования. Для нее поставить под сомнение основополагающую ценность своей работы — это жест мужества и глубокой интеллектуальной честности.

Перед постдокторской работой с Хорватом, которая создала часы PhenoAge, Левин изучал эволюционную биологию старения под непревзойденным авторитетом Калеба Финча. У нее есть свои представления об эволюционных истоках старения, и они уходят корнями в классическую эволюционную теорию. Она видит причину старения в соматической эволюции и накоплении повреждений. Она находится под сильным влиянием Питера Медавара. [1952] гипотеза о том, что то, что происходит в конце жизни, находится вне влияния естественного отбора.

И поэтому она поднимает глубокий вопрос: какая часть эпигенетических изменений, связанных с возрастом, является движущей силой старения, а какая — реакцией на все более повреждаемое состояние организма?

«Хотя на первый взгляд связь между риском и временем может показаться вероятностной, возникающая патология коренится в молекулярном и клеточном ремоделировании системы организма в течение его жизни. Такие изменения, вероятно, являются результатом накопленных повреждений, давления отбора на уровне клеток, компенсаторных механизмов и/или непреднамеренных последствий биологической программы. Однако изменения в сложной системе должны соответствовать иерархической структуре2, начинаясь на более низких уровнях биологической организации (например, на молекулах) до того, как проявятся на более высоких уровнях, на которых они обычно наблюдаются (например, нарушение регуляции тканей и органов, отказ и, в конечном итоге, смерть). )3. Таким образом, чтобы отсрочить, предотвратить или даже обратить вспять болезни, ожидающие нас в настоящее время в пожилом возрасте, мы должны выяснить, как расшифровать и реконструировать молекулярный отпечаток старения».

Здесь Левин поднимает самые основные вопросы о происхождении и значении изменений метилирования с возрастом. Левин исходит из своего самого сильного навыка — она владеет широким набором сложных статистических инструментов.

Часть классификации связана с программированием Яманака, которое касается сравнения стволовых клеток и дифференцированных клеток. Другая часть исходит от пациентов исследования Framingham Heart и того, какие CpG меняются с возрастом у субъектов FHS. Она отличает сайты, которые увеличивают метилирование с возрастом, от других, которые уменьшают метилирование с возрастом. Она связывает некоторые CpG с раком.

Она наносит на карту берега, острова и открытые моря. CpG-островки представляют собой промоторные области генома, которые имеют множество CpG в непосредственной близости. Берега — это регионы на границе островов CpG, а открытые моря — регионы, в которых CpG существуют как изолированные, разрозненные единицы.

Разделив 4779 CpG на 12 групп, она может задаться вопросом: какая часть каждой группы представлена ​​в каждом из наиболее часто используемых часов метилирования?

И какие модули работают лучше всего и наиболее стабильно на разных частотах?

Выводы

Левин рассматривает идею «эпигенетического дрейфа» как часть истории, однако она признает, что изменения, которые лежат в основе самых надежных часов, не «дрейф», а явно направленные. Она спрашивает, в какой степени меняется метилирование причина старения и в какой степени они являются реакцией на различные случайные результаты процесса старения?

«Если бы изменения ДНК отражали исключительно энтропийные изменения или дрейф эпигенеза, мы бы ожидали увидеть предвзятость в отношении изменений в CpG, которые начинаются примерно с 0,5 (что соответствует случайному шансу метилирования в данном сайте). Однако то, что мы наблюдаем, на самом деле представляет собой регрессию от среднего значения, при которой эти гетерогенные популяции клеток систематически теряют ДНК с течением времени. Это говорит о том, что заметная картина эпигенетического старения зелено-желтого модуля вряд ли связана с шумом или аберрантными изменениями ДНК с возрастом. Вместо этого изменения DNAm могут отражать давление клеточного отбора или клональную экспансию, при которой клетки без DNAm в этих CpG способны вытеснять (пролиферировать) клетки с DNAm. В качестве альтернативы это может отражать регулируемый компенсаторный механизм, который запускается с возрастом, или продолжение программы развития, которая не отключается. Эти сценарии по-разному влияют на наше понимание эпигенетических изменений. Первый предполагает, что отдельные клетки не меняют паттерны ДНК с возрастом, а скорее изменения, наблюдаемые в массовых данных, происходят на уровне клеточных популяций, сдвигая преобладание клеток с гетерогенными состояниями. Второй и третий сценарии, с другой стороны, предполагали бы внутриклеточные изменения ДНК, возможно, как ответ на внеклеточную среду или сигнальные изменения при старении (например, интегрированная реакция на стресс (ISR)) или как расширенную программу развития, которая не может быть реализована. угасает — что-то вроде гиперфункциональной теории старения. В будущем данные ДНКm отдельных клеток могут помочь отличить индивидуальные изменения от популяционных».

Здесь она ссылается на «Интегрированную реакцию на стресс» как на теорию метаболизма старения. Она также ссылается на идею Михаила Благосклонного о том, что программы развития имеют импульс, который распространяется на фенотипы старения.

Морган Левин — блестящий ученый, столкнувшийся с самой жесткой самокритикой своей работы. Ее выводы являются предварительными и открытыми.

Более точный, эмпирический подход

Большой, интересный вопрос может и не требовать теоретического анализа. Мы хотим знать, были ли мы оправданы в использовании часов метилирования, чтобы показать, было ли старение замедлено или обращено вспять. Самый прямой ответ на этот вопрос дают крысы Гарольда Катчера — самый успешный пример замедления возраста метилирования у целого животного. В настоящее время у Катчера есть две группы по 8 крыс одного хронологического возраста; одна группа была обработана E5 и имеет гораздо более низкий возраст метилирования. Он ждет, чтобы увидеть, как долго проживет каждая группа. На данный момент 2 из нелеченых крыс умерли, и все 8 леченых крыс все еще живы. Конечно, обработанные крысы выглядят и ведут себя намного моложе и имеют физиологические характеристики молодых крыс. В ближайшие месяцы тест на выживание даст ответ на важный вопрос, подразумевает ли более молодой возраст метилирования более молодой биологический возраст, в форме, не зависящей от теории.