นักวิทยาศาสตร์พัฒนา "นาฬิกาสากลของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม" เพื่อประเมินอายุของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างแม่นยำ

นักวิทยาศาสตร์จาก UCLA David Geffen School of Medicine และ UCLA Health นำทีมวิจัยระดับนานาชาติที่ตีพิมพ์บทความ 2 บทความที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงใน DNA การเปลี่ยนแปลงที่นักวิจัยพบว่ามนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่นๆ มีร่วมกันตลอดประวัติศาสตร์ เล่นบาคาร่า และเกี่ยวข้องกับช่วงชีวิตและลักษณะอื่นๆ อีกมากมาย

เราได้ค้นพบว่าช่วงอายุขัยของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการดัดแปลงทางเคมีของโมเลกุล DNA หรือที่เรียกกันเฉพาะในชื่อ epigenetics หรือที่แม่นยำกว่านั้นคือ methylation โดยพื้นฐานแล้ว สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีอายุยืนยาวจะแสดงภูมิทัศน์ของเมทิลเลชันของ DNA ที่เด่นชัดกว่า ในขณะที่สัตว์ที่มีอายุสั้นกว่าจะมีรูปแบบเมทิลเลชันที่อ่อนลงและประจบสอพลอกว่า"

Steve Horvath, PhD, ScD, ผู้เขียนอาวุโสของทั้งสองบทความ, ผู้เชี่ยวชาญด้านกระบวนการชราภาพ และศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์มนุษย์และชีวสถิติที่ UCLA

Jason Ernst ศาสตราจารย์ด้านเคมีชีวภาพ วิทยาการคอมพิวเตอร์ และการแพทย์เชิงคำนวณที่ UCLA กล่าวว่า "เทคโนโลยีที่เราออกแบบมาเพื่อวัดระดับเมทิลเลชั่นของ DNA ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพร้อมกับตัวอย่างเนื้อเยื่อจากกลุ่มนักวิจัยขนาดใหญ่นำไปสู่การผลิต ชุดข้อมูลที่มีความเป็นเอกลักษณ์สูง ซึ่งเมื่อวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือทางคอมพิวเตอร์และสถิติขั้นสูง เผยให้เห็นถึงความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่าง DNA methylation, อายุขัย, อายุ และกระบวนการทางชีววิทยาอื่นๆ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม"

การศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในวารสารScienceและNature Agingมุ่งเน้นไปที่ DNA methylation หรือ cytosine methylation ซึ่งเป็นการดัดแปลงทางเคมีของ cytosine ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่องค์ประกอบหลักของโมเลกุล DNA

DNA methylation เป็นกลไกที่เซลล์สามารถควบคุมการแสดงออกของยีน - เปิดหรือปิดยีน ในการศึกษาเหล่านี้ นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่ความแตกต่างของ DNA methylation ในสปีชีส์ในตำแหน่งที่ลำดับ DNA โดยทั่วไปจะเหมือนกัน

เพื่อศึกษาผลกระทบของ DNA methylation นักวิจัยเกือบ 200 คน ซึ่งเรียกรวมกันว่า Mammalian Methylation Consortium ได้รวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล methylation จากตัวอย่างเนื้อเยื่อสัตว์มากกว่า 15,000 ตัวอย่าง ซึ่งครอบคลุมสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 348 สายพันธุ์ พวกเขาพบว่าการเปลี่ยนแปลงของโปรไฟล์เมทิลเลชันอย่างใกล้ชิดกับการเปลี่ยนแปลงทางพันธุศาสตร์ผ่านวิวัฒนาการ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีวิวัฒนาการของจีโนมและเอพิจีโนมที่เกี่ยวพันกันซึ่งมีอิทธิพลต่อลักษณะทางชีววิทยาและลักษณะเฉพาะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดต่างๆ

ท่ามกลาง ผลการศึกษาของ Science :

เมทิลเลชั่นซึ่งเห็นได้จาก "เครื่องหมาย" ของ epigenetic ที่มันทิ้งไว้นั้นมีความสัมพันธ์อย่างมากกับช่วงชีวิตสูงสุดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เมื่อพิจารณาโปรไฟล์ของเมทิลเลชั่นบนโมเลกุล DNA ว่าเป็นภูมิประเทศที่มียอดเขาและรางน้ำ Horvath ให้ความเห็นว่าสปีชีส์ที่มีอายุยืนยาวมียอดเขาและหุบเขาที่โดดเด่น ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงระยะเวลาตั้งท้องและการพัฒนาที่ยาวนาน ในทางตรงกันข้าม สปีชีส์อายุสั้นมีระยะตั้งท้องสั้นและการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เซลล์มีภูมิเมทิลเลชันที่แบนราบกว่าและกำหนดได้น้อยกว่า

อายุขัยสูงสุดของสปีชีส์หนึ่งๆ เกี่ยวข้องกับกระบวนการพัฒนาที่เฉพาะเจาะจง ตามคำแนะนำโดยการมีส่วนร่วมของยีนบางชนิดและปัจจัยการถอดรหัสพันธุกรรม

ไซโตไซน์ที่มีระดับเมทิลเลชั่นมีความสัมพันธ์กับอายุขัยสูงสุดแตกต่างจากที่เปลี่ยนแปลงตามอายุตามลำดับ ซึ่งบ่งชี้ว่าเส้นทางโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับอายุขัยเฉลี่ยภายในสปีชีส์นั้นแตกต่างจากที่กำหนดอายุขัยสูงสุดของสปีชีส์

วิวัฒนาการไม่เพียงทำหน้าที่ในระดับพันธุกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระดับอีพิเจเนติกส์ด้วย "ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่า DNA methylation อยู่ภายใต้แรงกดดันและการคัดเลือกทางวิวัฒนาการ" ผู้เขียนกล่าวซึ่งฐานข้อมูลได้รับการเปิดเผยต่อสาธารณะสำหรับนักวิจัยคนอื่น ๆ

Genetics & Genomics eBook รวบรวมบทสัมภาษณ์ บทความ และข่าวสารชั้นนำในปีที่ผ่านมา

ดาวน์โหลดฉบับล่าสุด

Horvath และกลุ่มนักวิจัยใช้ชุดย่อยของฐานข้อมูลเพื่อศึกษาโปรไฟล์เมทิลเลชั่นของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 185 สายพันธุ์ ระบุการเปลี่ยนแปลงของระดับเมทิลเลชันที่เกิดขึ้นตามอายุของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งหมด พวกเขาพัฒนา "นาฬิกาสากลของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม" ซึ่งเป็นสูตรทางคณิตศาสตร์ที่สามารถประมาณอายุของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกชนิดได้อย่างแม่นยำ ผลการศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Aging

Horvath และทีม UCLA นำเสนอแนวคิดของนาฬิกาอีพิเจเนติกสำหรับการวัดอายุโดยใช้ตัวอย่างน้ำลายของมนุษย์ในปี 2554 สองปีต่อมา Horvath แสดงให้เห็นว่าเมทิลเลชั่นของไซโตซีนช่วยให้สามารถสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการประมาณอายุในเนื้อเยื่อของมนุษย์ทั้งหมด งานใหม่ซึ่งอธิบายนาฬิกาสากลแสดงให้เห็นว่าสูตรเดียวสามารถประมาณอายุได้อย่างแม่นยำในเนื้อเยื่อและสายพันธุ์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ใน บรรดาผลการศึกษาของ Nature Aging :

นาฬิกาแพนแมมมาเลียนรักษาความเที่ยงตรงสูงของพวกมันในทุกสายพันธุ์ที่มีช่วงชีวิตที่แตกต่างกัน ตั้งแต่หนูอายุสั้นไปจนถึงมนุษย์อายุยืน ค้างคาว และวาฬ

นาฬิกาแพนแมมมาเลียนสากลเป็นตัวทำนายความเสี่ยงต่อการเสียชีวิตในมนุษย์และหนู ซึ่งบ่งชี้ว่านาฬิกาเหล่านี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์สำหรับการศึกษาพรีคลินิก ดังนั้น การแทรกแซงที่ย้อนกลับอายุ epigenetic ในหนูตามนาฬิกาอาจใช้ได้กับมนุษย์เช่นกัน

การศึกษาระบุบริเวณเฉพาะในสารพันธุกรรมของเซลล์ที่ได้รับหรือสูญเสียเมทิลเลชั่นตามอายุตามลำดับเวลา

การวิจัยพบว่ายีนพัฒนาการมีบทบาทในการทำงานของนาฬิกาอีพิเจเนติก

การวิจัยเชื่อมโยงเส้นทางการพัฒนากับผลของการแก่ตัวตามลำดับเวลาและการเสื่อมสภาพของเนื้อเยื่อ สิ่งนี้หักล้างความเชื่อที่มีมาอย่างยาวนานว่าความชราเกิดจากความเสียหายของเซลล์แบบสุ่มที่สะสมเมื่อเวลาผ่านไป แต่ด้าน epigenetic ของความชราจะเป็นไปตาม "โปรแกรม" ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

การค้นพบนาฬิกาแพนแมมมาเลียนแสดงหลักฐานที่น่าสนใจว่ากระบวนการชรานั้นได้รับการอนุรักษ์ไว้ตามวิวัฒนาการ – ซึ่งคงอยู่อย่างสม่ำเสมอตลอดเวลา – และเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการพัฒนาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกสายพันธุ์

ผู้เขียน Horvath นักวิจัยหลักของ Mammalian Methylation Consortium เป็นผู้เขียนอาวุโสของเอกสารทั้งสองฉบับ ผู้เขียนบทความวิทยาศาสตร์คนแรกคือ Amin Haghani, PhD และ Caesar Z. Li, PhD, ทั้งคู่จาก UCLA ผู้เขียนบทความ Nature Aging คนแรกคือ Ake T. Lu, PhD และ Zhe Fei, PhD จาก UCLA ทั้งคู่ คณาจารย์อื่น ๆ ของ UCLA และนักศึกษา เพื่อนหลังปริญญาเอกและเจ้าหน้าที่วิจัยจำนวนมากเป็นผู้เขียนร่วม ในหมู่พวกเขาคือ Jason Ernst, PhD; ดร.วิลเลียม หยาง MD, PhD; กะเหรี่ยงเซียร์, PhD; และ Ren Larison, PhD. รายชื่อผู้เขียนและหน่วยงานที่เกี่ยวข้องทั้งหมดได้รับการเผยแพร่พร้อมกับบทความ