Эпигенетическое старение и эпигенетические часы

Эпигенетическое старение относится к систематическим изменениям в эпигеноме — наиболее заметно в паттернах метилирования ДНК — которые сопровождают хронологическое старение. Эпигенетические часы старения превращают эти изменения в количественную оценку биологического возраста, используя уровни метилирования в выбранных участках для прогнозирования возраста и, в некоторых случаях, для выявления ускоренного старения относительно календарного возраста.

Definition

Эпигенетические часы старения — это статистическая модель, которая оценивает биологический возраст по уровням метилирования ДНК в определенном наборе CpG-сайтов; разница между предсказанным (эпигенетическим) возрастом и хронологическим возрастом — эпигенетическое ускорение старения — изучается как потенциальный маркер биологического старения и риска для здоровья.

Scope

Эта статья охватывает, как метилирование изменяется с возрастом, как создаются и интерпретируются мультисайтовые часы, различие между предикторами хронологического возраста и биомаркерами, ориентированными на смертность, а также место эпигенетических изменений среди более широких признаков старения. Это справочное изложение научных данных и не является основой для индивидуальной оценки здоровья или заявлений о борьбе со старением.

Core questions

• Как метилом систематически изменяется с возрастом?
• Как эпигенетические часы конструируются и валидируются в различных тканях?
• Что предсказывает эпигенетическое ускорение старения и насколько надежно?
• Является ли эпигенетическое старение причиной, следствием или коррелятом старения?

Key concepts

• Возраст метилирования ДНК (DNAm age)
• Эпигенетическое ускорение старения
• Мультитканевые против однотканевых часов
• Часы первого поколения против часов, основанных на смертности
• Эпигенетические изменения как отличительный признак старения
• Выбор CpG-сайтов с помощью регуляризованной регрессии

Mechanisms

С возрастом метилом претерпевает характерные изменения — глобальное гипометилирование наряду с фокальным гиперметилированием в специфических CpG-сайтах — и эти эпигенетические изменения признаны одним из отличительных признаков старения (López-Otín et al., 2013). Часы старения используют эту закономерность, выбирая CpG-сайты, метилирование которых отслеживает хронологический возраст, и комбинируя их с регуляризованной регрессией в предиктор возраста. Мультитканевые часы Хорвата (Horvath, 2013) оценивают возраст по многим типам тканей на основе 353 CpG-сайтов, в то время как часы Ханнума и соавт. (Hannum et al., 2013) были получены из крови; более поздние часы «второго поколения» были обучены на данных о смертности и исходах для здоровья, а не только на хронологическом возрасте (Horvath & Raj, 2018). Биологические механизмы, связывающие эти маркеры с процессом старения, все еще изучаются.

Clinical relevance

Эпигенетические часы являются исследовательскими инструментами для изучения биологического старения и здоровья населения, а эпигенетическое ускорение старения было связано с исходами для здоровья в обсервационных исследованиях. Эта статья описывает научные данные; она не одобряет тестирование эпигенетического возраста для индивидуальной диагностики, прогнозирования или антивозрастных вмешательств.

Epidemiology

Эпигенетические часы применялись в больших когортах, где эпигенетическое ускорение старения показывает ассоциации со смертностью, возрастными заболеваниями и такими факторами воздействия, как курение и ожирение, хотя размеры эффекта и клиническая полезность варьируются в зависимости от часов и популяции (Horvath & Raj, 2018). Оценки зависят от ткани, платформы массива и исхода, на котором были обучены часы.

History

Связанные с возрастом изменения метилирования наблюдались до появления часов, но количественное прогнозирование появилось в 2013 году с двумя знаковыми моделями: часами на основе крови Ханнума и коллег и мультитканевыми часами Хорвата (Hannum et al., 2013; Horvath, 2013). Формулировка эпигенетических изменений как отличительного признака старения (López-Otín et al., 2013) задала концептуальный контекст, а последующий обзор «эпигенетической часовой теории старения» консолидировал эту область (Horvath & Raj, 2018).

Debates

Измеряет ли эпигенетический возраст само старение или лишь коррелирует с ним?

Часы точно предсказывают хронологический возраст, а ускорение старения ассоциируется с исходами, но вопрос о том, являются ли лежащие в основе изменения метилирования движущей силой старения, пассивно регистрируют его или отражают изменения клеточного состава, остается нерешенным и ограничивает причинно-следственную интерпретацию.

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

В чем разница между эпигенетическим возрастом и хронологическим возрастом?

Хронологический возраст — это время, прошедшее с рождения, тогда как эпигенетический возраст — это оценка биологического возраста, полученная на основе паттернов метилирования ДНК; когда эпигенетический возраст превышает хронологический возраст, это называется эпигенетическим ускорением старения и изучается как возможный маркер более быстрого биологического старения.

Могут ли эпигенетические часы предсказать продолжительность жизни человека?

Нет. Эпигенетические часы описывают ассоциации на популяционном уровне между ускорением старения и такими исходами, как риск смертности; они являются исследовательскими инструментами и не предсказывают продолжительность жизни человека или не служат руководством для принятия личных решений в отношении здоровья.