С ускоренным и замедленным старением связаны эпигенетические изменения в одних и тех же сайтах

Эпигенетические часы используются для определения биологического возраста по анализу метилирования так называемых CpG-сайтов в геноме (участков, где цитозин стоит рядом с гуанином). Создано несколько их вариантов, в том числе эпигенетические часы Ханнума, которые основаны на метилировании 71 CpG-сайтов и применяются для разных типов клеток. Из клинической практики известно, что при использовании эпигенетических часов Ханнума у многих людей (до 15–20 %) предсказанный биологический возраст оказывается значительно больше хронологического. Это рассматривается как признак ускоренного старения. Часто оно сопровождается различными заболеваниями, такими как онкологические или сердечно-сосудистые, и столь же часто сопряжено с неблагополучными внешними факторами, такими как курение, высокий ИМТ, низкий социально-экономический статус.

Александр Рубанович и Светлана Боринская из Института общей генетики (ИОГен РАН) вместе с коллегами провели исследование, чтобы обнаружить CpG-сайты, изменение метилирования которых ассоциировано с ускоренным или замедленным старением. Статья с результатами работы опубликована в журнале «Генетика» (Russian Journal of Genetics). Об этих работах также рассказывал Александр Рубанович в интервью для рубрики «Завлабы».

Ученые работали с данными по оценке уровня ДНК-метилирования из образцов крови из базы GEO. В анализ вошли данные по метилированию 412 481 CpG-сайтов для 4410 человек в возрасте от пяти до 90 лет. Эпигенетический возраст по часам Ханнума определили для 1410 человек. И если для 804 человек вычисленный таким образом биологический возраст отличался от хронологического менее чем на 5 лет, то для 180 человек разница превышала 10 лет. Они привлекли особое внимание исследователей.

По этим результатам образцы всех индивидов разбили на три группы: группа 0 (804 человека), в которой разница была менее 5 лет; группа ускоренного старения 10+, в которой эпигенетический возраст превышает хронологический на 10 и более лет (141 человек); группа замедленного старения 10–, в которой эпигенетический возраст ниже хронологического на 10 и более лет (31 человек).

В группах 0 и 10+ отличались по статусу метилирования 912 CpG-сайта. При сравнении групп 0 и 10 обнаружилось 52 дифференциально метилированных CpG-сайта. Эти два набора пересекались по 29 CpG-сайтам, которые, ко всему прочему, оказались в топе списков по выраженности эффекта, как в группе ускоренного, так и в группе замедленного старения. Но знаки их эффектов в этих группах были противоположными. Так, для 21 CpG-сайта гиперметилирование было ассоциировано c ускоренным старением, а гипометилирование с замедленным. Еще для восьми CpG-сайтов наблюдалась обратная ситуация. Иными словами, один и тот же сайт может «замедлять» или «ускорять» старение — его эффект зависит от статуса метилирования.

Далее авторы вычислили для всех 29 CpG сайтов корреляции между уровнем метилирования и ошибкой прогноза по эпичасам Ханнума. Для 21 CpG эта корреляция была положительной (r = 0,32), метилирование этих CpG приводило к ускоренному старению. Для оставшихся 8 CpG корреляция была того же порядка, но отрицательная (r = -0,31), метилирование этих CpG было ассоциировано с замедленным старением. Ассоциации между метилированием данных CpG-сайтов и эпигенетическим возрастом проверили на независимой тестовой выборке, включающей 3000 человек, и они полностью подтвердились.

Выявленные в исследовании 29 CpG-сайтов не входят в набор для эпичасов Ханнума. По большей части они находятся в теле гена (а не, например, в промоторах, метилирование которых влияет на экспрессию гена и изучается особенно активно). Гены, включающие эти сайты, чаще всего связаны с контролем клеточного цикла и репарацией разрывов ДНК.

Ученые также посмотрели, связаны ли CpG ускоренного и замедленного старения с различными фенотипами, для чего использовали базу данных  EWAS Atlas. Оказалось, что CpG, дифференциально метилированные в группе ускоренного старения, ассоциированы с когнитивными способностями, стрессом, атеросклерозом, ожирением и ревматоидным артритом. Не обнаружилось связи с диабетом 2 типа, лейкемией и аденомой.

Таким образом, эта работа приближает ученых к выяснению причинно-следственных связей между эпигенетическими признаками и старением.

«Самым интересным и неожиданным для нас оказалось то, что с ускоренным и замедленным старением могут быть связаны одни и те же CpG, — говорит доктор биологических наук Александр Рубанович, руководитель исследования. — То есть существуют CpG, которые при гиперметилировании связаны с ускоренным старением, а при гипометилировании — с замедленным, и наоборот. Именно это соответствует требованиям пятого критерия причинности по Остину Хиллу (наличие дозовой зависимости). Действительно, отклонение календарного возраста от показаний эпичасов — в обе стороны! — коррелирует с уровнем метилирования одного и того же CpG-сайта».

Гены человека «замолкают» по мере старения