پیری اپی‌ژنتیک و ساعت‌های پیری

پیری اپی‌ژنتیک به تغییرات سیستماتیک در اپی‌ژنوم — عمدتاً در الگوهای متیلاسیون DNA — اشاره دارد که با افزایش سن تقویمی همراه است. ساعت‌های پیری اپی‌ژنتیک این تغییرات را به یک تخمین کمی از سن بیولوژیکی تبدیل می‌کنند و از سطوح متیلاسیون در مکان‌های انتخابی برای پیش‌بینی سن و در برخی موارد، برای نشان دادن پیری تسریع‌شده نسبت به سن تقویمی استفاده می‌کنند.

Definition

ساعت پیری اپی‌ژنتیک یک مدل آماری است که سن بیولوژیکی را از سطوح متیلاسیون DNA در مجموعه‌ای تعریف‌شده از جایگاه‌های CpG تخمین می‌زند؛ تفاوت بین سن پیش‌بینی‌شده (اپی‌ژنتیک) و سن تقویمی — یعنی تسریع سن اپی‌ژنتیک — به عنوان یک نشانگر کاندید برای پیری بیولوژیکی و خطر سلامتی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

Scope

این مدخل به چگونگی تغییر متیلاسیون با افزایش سن، نحوه ساخت و تفسیر ساعت‌های چندسایتی، تمایز بین پیش‌بینی‌کننده‌های سن تقویمی و نشانگرهای زیستی مرتبط با مرگ و میر، و جایگاه تغییرات اپی‌ژنتیک در میان ویژگی‌های گسترده‌تر پیری می‌پردازد. این یک مرجع علمی است و مبنایی برای ارزیابی سلامت فردی یا ادعاهای ضد پیری نیست.

Core questions

• متیلوم چگونه به طور سیستماتیک با افزایش سن تغییر می‌کند؟
• ساعت‌های اپی‌ژنتیک چگونه در بافت‌های مختلف ساخته و اعتبارسنجی می‌شوند؟
• تسریع سن اپی‌ژنتیک چه چیزی را پیش‌بینی می‌کند و با چه دقتی؟
• آیا پیری اپی‌ژنتیک علت، پیامد یا همبسته پیری است؟

Key concepts

• سن متیلاسیون DNA (سن DNAm)
• تسریع سن اپی‌ژنتیک
• ساعت‌های چندبافتی در مقابل ساعت‌های تک‌بافتی
• ساعت‌های نسل اول در مقابل ساعت‌های مبتنی بر مرگ و میر
• تغییر اپی‌ژنتیک به عنوان یکی از ویژگی‌های اصلی پیری
• انتخاب جایگاه CpG با رگرسیون جریمه‌دار

Mechanisms

با افزایش سن، متیلوم دستخوش تغییرات مشخصی می‌شود — هیپومتیلاسیون سراسری در کنار هایپرمتیلاسیون کانونی در جایگاه‌های خاص CpG — و این تغییرات اپی‌ژنتیک به عنوان یکی از ویژگی‌های اصلی پیری شناخته می‌شوند (López-Otín و همکاران، 2013). ساعت‌های پیری از این نظم با انتخاب جایگاه‌های CpG که متیلاسیون آن‌ها سن تقویمی را ردیابی می‌کند و ترکیب آن‌ها با رگرسیون جریمه‌دار (penalized regression) در یک پیش‌بینی‌کننده سن، بهره‌برداری می‌کنند. ساعت چندبافتی Horvath (2013) سن را در بسیاری از انواع بافت‌ها از 353 CpG تخمین می‌زند، در حالی که ساعت Hannum و همکاران (2013) در خون مشتق شده است؛ ساعت‌های «نسل دوم» بعدی بر اساس مرگ و میر و پیامدهای سلامتی آموزش دیدند تا صرفاً سن تقویمی (Horvath & Raj, 2018). محرک‌های بیولوژیکی که این نشانه‌ها را به فرآیند پیری مرتبط می‌کنند، هنوز در حال بررسی هستند.

Clinical relevance

ساعت‌های اپی‌ژنتیک ابزارهای تحقیقاتی برای مطالعه پیری بیولوژیکی و سلامت جمعیت هستند و تسریع سن اپی‌ژنتیک با پیامدهای سلامتی در مطالعات مشاهده‌ای مرتبط بوده است. این مدخل علم را توصیف می‌کند؛ آزمایش سن اپی‌ژنتیک را برای تشخیص فردی، پیش‌آگهی یا مداخلات ضد پیری تأیید نمی‌کند.

Epidemiology

ساعت‌های اپی‌ژنتیک در گروه‌های بزرگ مورد استفاده قرار گرفته‌اند، جایی که تسریع سن اپی‌ژنتیک ارتباطاتی با مرگ و میر، بیماری‌های مرتبط با سن، و مواجهه‌ها مانند سیگار کشیدن و چاقی نشان می‌دهد، اگرچه اندازه اثر و کاربرد بالینی بر اساس ساعت و جمعیت متفاوت است (Horvath & Raj, 2018). تخمین‌ها به بافت، پلتفرم آرایه و نتیجه‌ای که ساعت بر اساس آن آموزش دیده است، بستگی دارد.

History

تغییرات متیلاسیون مرتبط با سن قبل از وجود ساعت‌ها مشاهده شده بود، اما پیش‌بینی کمی در سال 2013 با دو مدل برجسته ارائه شد: ساعت مبتنی بر خون Hannum و همکاران و ساعت چندبافتی Horvath (Hannum و همکاران، 2013؛ Horvath، 2013). چارچوب‌بندی تغییرات اپی‌ژنتیک به عنوان یکی از ویژگی‌های اصلی پیری (López-Otín و همکاران، 2013) زمینه مفهومی را فراهم کرد، و بررسی بعدی «نظریه ساعت اپی‌ژنتیک پیری» این حوزه را تثبیت کرد (Horvath & Raj, 2018).

Debates

آیا سن اپی‌ژنتیک خود پیری را اندازه‌گیری می‌کند یا صرفاً با آن همبستگی دارد؟

ساعت‌ها سن تقویمی را با دقت پیش‌بینی می‌کنند و تسریع سن با پیامدها مرتبط است، اما اینکه آیا تغییرات متیلاسیون زیربنایی باعث پیری می‌شوند، آن را به طور غیرفعال ثبت می‌کنند، یا منعکس‌کننده تغییرات ترکیب سلولی هستند، هنوز حل نشده است و تفسیر علّی را محدود می‌کند.

Key figures

• Steve Horvath
• Gregory Hannum
• Kang Zhang
• Kenneth Raj
• Carlos López-Otín

Seminal works

• hannum-2013
• horvath-2013
• horvath-raj-2018

Frequently asked questions

تفاوت بین سن اپی‌ژنتیک و سن تقویمی چیست؟

سن تقویمی زمان سپری شده از تولد است، در حالی که سن اپی‌ژنتیک تخمینی از سن بیولوژیکی است که از الگوهای متیلاسیون DNA به دست می‌آید؛ زمانی که سن اپی‌ژنتیک از سن تقویمی بیشتر باشد، این پدیده تسریع سن اپی‌ژنتیک نامیده می‌شود و به عنوان یک نشانگر احتمالی پیری بیولوژیکی سریع‌تر مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

آیا یک ساعت اپی‌ژنتیک می‌تواند بگوید یک فرد چقدر عمر خواهد کرد؟

خیر. ساعت‌های اپی‌ژنتیک ارتباطات را در سطح جمعیت بین تسریع سن و پیامدهایی مانند خطر مرگ و میر توصیف می‌کنند؛ آن‌ها ابزارهای تحقیقاتی هستند و طول عمر یک فرد را پیش‌بینی نمی‌کنند یا تصمیمات سلامت شخصی را هدایت نمی‌کنند.