Bu sefer bir yıl önce, Steve Horvath pangolin DNA'sı arıyordu. Antik pullu karıncayiyen, o zamanlar yaklaşık 200 memeli güçlü olan koleksiyonu için bir ilk olacaktı. "Bende böyle bir düzen yoktu, bu yüzden onları umutsuzca istiyordum," diye hatırladı.
2017 yazından beri Horvath, yakın zamana kadar yaşlanma karşıtı araştırmacı Los Angeles'taki California Üniversitesi'nde hayvanat bahçelerine, müzelere, akvaryumlara ve laboratuvarlara günde 10 saate kadar e-posta gönderiyor. Koruyucularıyla tanışmak için yarasalar ve Tazmanya şeytanları üzerine görüşmelere katıldı. Uçan tilkilerin, vervet maymunlarının, mini domuzların ve baş balinaların DNA'sı için yalvararak dünyanın en uzak köşelerine ulaştı.
Bu geniş örnek yelpazesiyle, fareler, koalalar, zebralar, domuzlar ve "adını koyabileceğiniz her balina" gibi çeşitli yaratıkların yaşını sadece DNA'larına bakarak hesaplayabilen hesaplamalı saatler inşa etti. Ancak bunlar, Horvath'ın bir projedeki iddialı ay görüntüsünü tamamlamaya yönelik adımlardı: herhangi bir memelinin biyolojik yaşını ölçebilecek evrensel bir saat.
Yaşı ölçmek, en yakın saati veya takvimi kullanmaktan daha zor görünmeyebilir. Ancak bazı bireyler ve dokular, yaşın etkilerini diğerlerinden daha hızlı gösterdiğinden, kronolojik yaş kusurlu bir ölçümdür. Bilim adamları onlarca yıldır biyolojik yaşlanmayı, zamanla sağlıklı işlevdeki değişiklikleri ölçmek için nesnel ve çok yönlü bir yol aradılar. Bu yıl UCLA'dan ayrılan ve hücrelerin gençleştirilmesine yönelik çalışan bir biyoteknoloji girişimi olan Altos Labs'ta baş araştırmacı olan Horvath, "Birçok farklı doku ve hücre tipinde yaşları doğru bir şekilde ölçen bir biyobelirtere sahip olmak istiyorsunuz" dedi.
Horvath ve meslektaşları, bu yılın başlarında pan-memeli saatinin bir versiyonunu tamamladılar. Şimdi o ve diğer araştırmacılar, böyle bir saati mümkün kılan çeşitli canlılarda ortak olan moleküler süreçleri tanımlamayı umuyorlar. Horvath, bunun gibi saatlerin neden çalıştığını anlamanın bizi “yaşlanmanın gerçek temel nedeni” dediği şeye götürmeye yardımcı olabileceğine inanıyor.
Saatleri, DNA'ya bir bilezik üzerindeki tılsımlar gibi asılan ve gen aktivitesinin kontrolüne yardımcı olan metil grupları adı verilen kimyasal etiketlerin analizlerine dayanıyor. Bunlar, genetik kodda yazılı olmayan kalıtsal bilgileri inceleyen alan olan epigenetiğin (kelimenin tam anlamıyla, "genetiğin üstünde") ürünleridir. Bir düzine yıl önce, Horvath ve meslektaşları, önce tükürükteki DNA'nın yaşını değerlendirmek ve daha sonra kanın, karaciğerin ve diğer bireysel dokuların yaşını belirlemek için saatlerin yapımındaki teknik bilgilerini uygulamaya başladılar.
Çoğu biyolog başlangıçta şüpheciydi çünkü saatler biyomoleküler mekanizmaları anlamaktan çok istatistiklere dayanıyordu. Yine de saatlerin doğruluğu testlere dayandı ve biyomedikal topluluğu aracılığıyla dalgalanmalar gönderdi. Bilim adamları, hücrelerin yaşlanmasını ölçmek için araştırmalarında Horvath saatlerini kullanmaya başladılar, çünkü saatler vücudun durumu ve hastalık riski konusunda kronolojik yaştan daha iyi hakemlerdi. “Epigenetik saatler, yaşlanmanın gerçek sürecine diğer biyobelirteçlerden daha yakındır” dedi. Vadim GladyshevBrigham and Women's Hospital ve Harvard Medical School'da kanser ve yaşlanma üzerine çalışan bir biyokimyacı olan Dr. Şimdi saatler, bazı bilim adamlarını yaşlanmanın ne olduğu ve bunun hastalıklarla bağlantısı hakkındaki fikirlerini yeniden düşünmeye yönlendiriyor.
“Artık meme kanserinde çok çalışan işbirlikçilerim var ve 'İlerlemiş biyolojik yaşlanmanız varsa, bu meme kanseri için de bilgilendirici mi?' diye düşünmeye başlıyor” dedi. Sara Haggİsveç, Stockholm'deki Karolinska Enstitüsü'nde moleküler epidemiyolog olan Dr. Saatler, yaşlanma sürecinin yaşa bağlı bozuklukları tetiklemesini nasıl durduracağımızı faydalı bir şekilde aydınlatabilirse, “sadece bir hastalığı değil, birçok hastalığı önleyebiliriz” diye ekledi.
Bir Sinyal Görmek
Biyolojik araştırmacılar, geçtiğimiz on yıllarda defalarca yaşlanma için bir saatin ulaşılabilir olduğunu düşündüler. Örneğin, 1960'ların başında, kültürde büyüyen hücrelerin ölümsüz olmadığını, bunun yerine sadece 40-60 replikasyon döngüsünden sonra öldüğünü öğrendiler, bu da hücrelerin bir tür yaşlanma saati barındırdığını öne sürdü. 1982'de araştırmacılar, bir hücre her bölündüğünde kısalan kromozomların uçlarındaki DNA-protein kompleksleri olan telomerleri izole ettiklerinde saatin mekanizmasını bulmuş olabileceklerini düşündüler; telomerler kritik derecede kısaldığında hücreler ölür.
Ancak telomerler, yaşlanan bir saat olarak ortaya çıkmadı. Telomer uzunluğunun yaş ve ölüm oranı ile ilişkisi insanlarda zayıftır ve diğer bazı türlerde yoktur. “Telomer [uzunluk] aslında yaşı takip etmiyor. Sadece hücre çoğalmasını izler” dedi. Ken Raj, Altos Laboratuvarlarında baş araştırmacı.
Telomer uzunluğuna bir alternatif olarak, Horvath 2009'da bir hücrenin aktif genlerinin RNA transkriptlerine, bir hücreyi tanımlayan ve hücrenin çalışmasına izin veren proteinlerin şablonlarına dayanan bir saat üzerinde çalışmaya başladı. Sonraki iki yıl boyunca bu yaklaşımın işe yaramasını sağlamaya çalıştı, ama boşuna: Deşifre verileri çok gürültülüydü.
Ancak 2010'da Horvath, UCLA'daki bir meslektaşının yardım talebine yanıt verdi. Araştırmacı, cinsel yönelim ve epigenetik arasındaki olası bağlantıları incelemek için, tükürük hücrelerindeki DNA'nın metilasyon modellerinde bazı tutarlı farklılıklar ortaya çıkarabileceği hipoteziyle cinsel yönelimleri farklı olan tek yumurta ikizlerinden tükürük topluyordu. Horvath'ın ikiz kardeşi eşcinseldir; Horvath heteroseksüeldir. Tükürüklerini tedarik ettiler.
Çalışmanın analizi, DNA'daki sitozin bazlarının bulunduğu bölgelere baktı ve hangilerinin metillendiğini kontrol etti. (Sitozinler, metil gruplarının bağlandığı tek bazlardır.) Yakın zamanda tanıtılan bir çip üzerinde laboratuvar teknolojisi, her hücrenin DNA'sında on binlerce sitozin bölgesini test etmeyi kolaylaştırdı. İş arkadaşı verileri analiz etmek için bir istatistikçiye ihtiyaç duyduğunda, Horvath onun hizmetine gönüllü oldu.
Aradıklarını bulamamıştı. Horvath, "Eşcinsellik için herhangi bir işaret yoktu" dedi. "Fakat veriler bilgisayarımda olduğu için, yaşlanma etkilerine bakmama izin verin" dedim, çünkü çalışmadaki ikizlerin yaşları onlarca yıl sürdü.
O zamana kadar Horvath, kendi araştırmasında epigenetik verilerden uzak durmuştu. Metilasyon paternlerinin gen ekspresyonuyla ilişkisi karmaşık ve dolaylıdır ve yaşlanmayla pek yararlı bir bağlantı göstermesi pek olası görünmüyordu. Ama şimdi bu beklenmedik epigenetik veriye sahip olduğuna göre, bakmanın bir zararı yok gibiydi.
Horvath, metilasyon modellerini ikizlerin yaşlarıyla eşleştirmeye başladı. Herhangi bir tükürük örneğinde veya herhangi bir dokudan alınan herhangi bir örnekte, tüm hücreler aynı metilasyon modelini göstermez. Ancak DNA'daki belirli bir sitozinde metillenen hücrelerin oranı ölçülebilir. Örneğin bir numunede hücrelerin %40'ı belirli bir pozisyonda metillenebilir; bir diğerinde bu oran %45 veya %60 olabilir.
Horvath, DNA'daki tek bir bölgeye baktığında bile, yaş ile metilasyona sahip hücre oranı arasında güçlü bir ilişki bulmuştur. Daha fazla yere bakmak doğruluğu artırdı.
"Bu benim için her şeyi değiştirdi" dedi. “Yaşlanma sinyaline baktığımda, beni mahvetti.”
Horvath bir model inşa etti. bir kişinin yaşını tahmin etti bir tükürük örneğindeki milyonlarca hücrede yaklaşık 300 sitozinin metilasyon durumundan. "Bir bardağa tükürürsen yaşını ölçebiliriz" dedi.
Yakında kan, karaciğer, beyin ve diğer çeşitli dokuların biyolojik yaşlarını değerlendirmek için epigenetik saat modelleri oluşturmaya başladı. İlk olarak, her numunede belirli bölgelerde metilasyon gösteren hücrelerin oranlarını ölçtü. Bu verilerden, her bölgede metillenen hücrelerin oranlarını tanımlayan doku profilleri oluşturdu.
Bir saat inşa etmek için, profili çıkarılan her dokunun yaşıyla birlikte binlerce epigenetik profili bir bilgisayara besledi. Bilgisayar, makine öğrenimi yoluyla yaşları metilasyon kalıplarına bağladı. Ayrıca, yaşı tahmin etmek için gereken sitelerin sayısını da daralttı. Bilgisayar daha sonra, Horvath'ın bilinen yaşlardaki ayrı bir numune seti üzerinde test ettiği yaş için en iyi tahmin formülünü oluşturmak için hesaplamalarında her sitenin metilasyonunun önemini ağırlıklandırdı.
İki yıl içinde, ayrı doku yaşlanma saatlerini tek bir formülde birleştirdi. bir "pan-doku" saati, 2013 yılında yayınlandı. Pan-doku saati “oyun değiştiriciydi” dedi. daniel belskyColumbia Mailman Halk Sağlığı Okulu'nda epidemiyolog olan Dr. DNA içeren tüm insan hücrelerine uygulanan formül. Ve herkes kullanabilirdi — Horvath yazılımı internete koydu. Biyologlar, kendi metilasyon verilerini yükleyerek, numunelerindeki hücreler üzerinde ne kadar zaman geçtiğini öğrenebildiler.
Niceliksel Düşüş
Horvath'ın pan-doku saati, kronolojik yaşı tahmin etmede mucizevi bir şekilde doğruydu. Aynı zamanda kronolojik ve biyolojik yaş arasındaki temel farklılıkları yansıtıyor gibi görünüyordu. Araştırmacılar, epigenetik saat, birinin yaşının kronolojik yaşından büyük olduğunu tahmin ettiğinde, kişinin daha yüksek hastalık ve ölüm riskiyle karşı karşıya olduğunu keşfetti. Saat, birinin daha genç olduğunu tahmin ettiğinde, riskleri azaldı. Epigenetik saat kronolojik yaş verilerinden türetilmiş olsa da, algoritması ölüm oranını yaştan daha iyi tahmin ediyordu.
Böylece 2014'ün sonlarında Horvath biyolojik yaşı açıkça takip etmeye başladı. Kendisi ve meslektaşları dahil morgan levine (Yale Üniversitesi'nde Altos Labs'e yeni katılan bir patoloji araştırmacısı) ve Luigi Ferrucci Ulusal Yaşlanma Enstitüsü'nden, kronolojik yaşın yanı sıra hastalık ve ölüm oranını önceden bildiren dokuz kan kimyası testinin sonuçlarını içeren bileşik bir ölçü üzerinde bir algoritma eğitti. Veriler, Ulusal Sağlık ve Beslenme İnceleme Anketi'nde 9,900'den fazla yetişkinin kanından elde edildi. Elde edilen saat, DNAm FenoYaşı, 2018'de yayınlanan, diğer sonuçların yanı sıra genel mortalite ve kardiyovasküler hastalık, akciğer hastalığı, kanser ve diyabet riskini öngördü. Bir yıl sonra, Horvath ve UCLA'dan Ake T. Lu liderliğindeki bir ekip, ölüme kadar geçen sürenin daha da kesin bir tahmincisi yayınladı, acımasız yaş, bir kişinin cinsiyetine, kronolojik yaşına, sigara içme geçmişine ve kan proteini ölüm belirteçlerine baktı.
Belsky ve meslektaşlarının 2020'de tanıtılan ve bu yılın başlarında güncellenen yeni bir aracı, eskiyen bir hız göstergesi görevi görüyor. onların yaratılmasında Yaşlanma Hızı biyobelirteç, dört yaşta organ fonksiyonunun 19 belirtecindeki değişim oranını ölçtüler, bunları tek bir indekste derlediler ve metilasyon ile modellediler. Belsky, "Aslında devam eden yaşa bağlı düşüş ve sistem bütünlüğü sürecini ölçüyoruz" dedi. Bu ölçüme göre daha hızlı yaşlananlar daha genç ölüyor, dedi ve ölüm oranını GrimAge kadar iyi tahmin ettiğini ve felç ve bunamayı daha da iyi tahmin edebileceğini de sözlerine ekledi.
Eski Soru
2017 yılında, Paul G. Allen Aile Vakfı temsilcileri, yaptığı bir görüşmenin ardından Horvath'a yaklaştı. Çalışmasını beğendiler ve büyük hayaller kurmasını önerdiler çünkü vakıf yüksek riskli girişimleri destekliyor. Başka kimsenin finanse etmeyeceği bir proje bulun, dediler.
Horvath'ın tüm omurgalılara uygulanabilecek yaşlanan bir saat önermesi uzun sürmedi. Öneri kabul edildi - yeterince tuhaftı - ancak Horvath, içereceği şeyin büyüklüğünü fark ettiğinde, plan tüm memeliler için nispeten kısıtlanmış bir saate dönüştü.
Ocak 2021'e kadar Horvath, 128 memeli türünden metilasyon verilerine sahipti ve saatini gönderdi ön baskı sunucusu biorxiv.org'da. "Aynı matematik formülü, bir fare, sıçan, köpek ya da domuz için aynı sitozinler. Horvath, "Bu türlerin hepsinde yaşlanmayı ölçebiliriz" dedi. Yine de, daha fazlası için dünyayı taradı.
Geçen yılın yaz sonunda Horvath, bir pangolin uzmanı olan Darren Pietersen ile temas halindeydi. Tikki Hywood Vakfı Harare, Zimbabwe'de ona pangolinler ve diğer birkaç türden veri toplaması için malzeme sunuyor. Hiç kimse pangolinlerin ne kadar yaşadığını bile bilmiyordu. Bazı resmi hesaplar 15 ila 20 yıl dedi, ancak Pietersen en azından bazı türlerin daha uzun yaşadığını düşündü. “Son zamanlarda yaşlandırdığımız tek hayvan yaklaşık 34 yaşındaydı (oldukça geniş bir hata payı olmasına rağmen)” diye yazdı.
Sağlanan doku verilerinden Horvath, koleksiyonuna eklemek için bir pangolin saat, bir ömür süresi sayacı daha yaptı. “Bir domuz saati istiyorsun, benim bir domuz saatim var. Kangurular ve filler için bir saatim var,” dedi Horvath. Her türe özgü saat, sahadaki bilim adamları için bir nimetti. Örneğin fil araştırmacıları, koruma çabalarına yardımcı olmak için vahşi popülasyonların yaş yapısını belirleyebilmek için fil saatini istediler.
Ancak hepsini birleştiren bir saat, daha temel bir soruyu yanıtlamaya yardımcı olabilir: Yaşlanma nedir? Bir görüş, vücudunuzun ayakkabılarınız gibi yaşlandığı, yavaş yavaş solduğu ve aşınmadan ayrıldığı yönündedir. Ancak pan-memeli saatinden elde edilen başarılı tahminler, belki de işleri bittiğinde kapanmayan gelişimsel genler nedeniyle, bir şeyin hücrelerin belirli bir zaman çizelgesinde başarısız olmasına neden olduğunu ima ediyor. Saatin 100'den fazla üreticisinden biri olan Raj, “Bu, yaşlanmada bir determinizm unsuru olduğunu gösteriyor” dedi.
Metilasyon saatlerinden elde edilen veriler, yaşlanmanın vücut bozulmadan çok önce çok erken başladığını gösteriyor. İçinde 2021 kağıtGladyshev ve meslektaşları, memeli gelişiminin aşamalarını tarihlendiren bir metilasyon saatini tanımlıyor. Farelerde erken embriyogenez sırasında, bir tür gençleştirmenin embriyonun yaşını sıfıra döndürdüğünü buldular. Biyolojik yaşlanma daha sonra hızla ilerler, her ne kadar insan çocukları bu süre zarfında tartışılır bir şekilde daha zayıf değil, daha güçlü büyüyor olsa ve insanlarda ölümlülük. 9 yaşına kadar azalır. Raj, "Bu benim için çok derin çünkü bu yaşlanma sorununu, gelişim sürecinden ayrılmaz bir sürece indirgiyor" dedi.
37 yıllık inanılmaz uzun bir ömre sahip bir kemirgen olan çıplak köstebek faresi üzerinde yakın zamanda yapılan iki araştırma, ölme şansı kronolojik yaşla birlikte artmasa da, hayvanın epigenetik olarak yaşlandığını gösteriyor. Gladyshev, "Bence ölüm oranı yaşlanmanın en iyi ölçüsü değil" dedi. çalışmalardan biri. “Yaşlanma, hayatta olmanın kaçınılmaz bir sonucudur.”
Yaşlanma, elbette, deneyim, davranış ve çevrenin etkilerini hala yansıtıyor. Örneğin sigara içmek ve güneşe maruz kalmak, metilasyon ve diğer belirteçlerle ölçüldüğü gibi onu hızlandırabilir ve egzersiz veya düşük kalorili bir diyet onu durdurabilir. Geçen Mart ayında yayınlanan çalışmada, epigenetik bir saat dağ sıçanlarına göre uyarlanmış kış uykusunun yaşlanmayı yavaşlattığını gösterdi ve Kağıt geçen hafta yayınlanan aynı şeyin yarasalar için de geçerli olduğunu gösterdi. Bir saat al yanaklı makaklar için yapılmış 2017'de Maria Kasırgası'nın Porto Riko kıyılarındaki bir adadaki bir maymun kolonisinde yaşlanmayı hızlandırdığını öne sürüyor.
Original Sin
Kimse saatlerin neden çalıştığını tam olarak bilmiyor. İlgili genlerin ve moleküler yolların tamamı olmasa da bazıları tanımlandı ve araştırmacılar hala metilasyon kalıplarının hücrelerin, dokuların ve organların davranışlarını ve sağlığını nasıl etkilediğini öğreniyorlar. Horvath, “İnşaatın ilk günahı dediğim şeye geri dönüyor” dedi. “Biyoloji için bir düzeyde agnostik olan [istatistiksel] bir regresyon modeline dayanıyor.”
Raj ve Horvath, bu günahın kefaretini ödemek için epigenetik yaşlanma için biyolojik bağıntılar aramaya başladılar. Kalori kısıtlamalı diyetlerin yaşlanma üzerindeki etkilerine uygun olarak, vücudun besin maddelerine olan ihtiyacını algılamak için kullandığı biyokimyasal yollardaki bozulmalar, son zamanlarda keşfedilen yaşlanmayı yavaşlatıyor. Mitokondrinin işleyişini raydan çıkarmak onu hızlandırır. Saat ayrıca kök hücrelerin olgunlaşmasını da takip ediyor. Yazarlar, 2022'de yazdığına göre, bu süreçler daha derin bir düzeyde bağlantılıysa, epigenetik saatler yaşlanma için birleştirici mekanizmalar ortaya çıkarabilir. kağıt Doğa Yaşlanma.
Bununla birlikte, bu birleştirici mekanizmaların neler olabileceği veya metilasyon durumunun neden yaşlanmayı bu kadar iyi takip ettiği henüz tam olarak belirlenmemiştir. Hägg, “Epigenetik saatlerin yaşlanma ile nedensel olarak bağlantılı olup olmadığını gerçekten bilmiyoruz” dedi.
Öyle olsalar bile, epigenetik saatler neredeyse kesinlikle yaşlanma sırasında meydana gelenlerin sadece bir kısmını ölçüyor, dedi. Matt Kaeberlein, Seattle'daki Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde yaşlanmanın biyolojisini inceleyen bir araştırmacı. “Aslında biyolojik yaşın tek bir boyutundan fazlasını ölçüp ölçmedikleri net değil” dedi. "Bu, buradaki sorunun bir parçası - epigenetik yaşın biyolojik yaşla karıştırılması. Bunlar bana göre eşdeğer değil.”
Raj, metilasyon değişikliklerinin yaşla birlikte hücresel kimlik kaybını yansıttığını düşünüyor. Vücuttaki tüm hücreler aynı DNA'ya sahiptir, bu nedenle karaciğer hücresini karaciğer hücresi ve kalp hücresini kalp hücresi yapan şey, epigenetiğin kontrol ettiği gen ekspresyon modelidir. Raj, yaşla birlikte metilasyondaki değişiklikler biriktikçe, bu kontrollerin bir kısmının kaybolabileceğini ve bunların yerine, kapatılması gereken yeniden ortaya çıkan gelişimsel programların geçebileceğini öne sürüyor.
Metilasyon saatleri şimdilik biyolojik yaşın en doğru monitörleri olsa da, bazı çalışmalar önermektedir iyileştirme için yer var. Daha kesin bir tahmin edici, ölçülebilir hücresel özellikleri (örneğin protein, metabolit veya gen ekspresyon seviyeleri) fizyolojik sinyaller ve bir kırılganlık indeksi ile birleştirebilir. Hägg, “Artık bir insanda pek çok şeyi ölçebiliriz” dedi. “Bu şeylerden ne kadar çok ölçerseniz, yaşlanmanızı o kadar doğru bir şekilde yakalarsınız.”
Hägg, metilasyon saatlerinin de sınırlı klinik kullanımları olduğu konusunda uyardı. İnsanlar biyolojik yaşlarının bir okumasını çeşitli ticari kaynaklardan satın alabilirler, ancak sonuçlar genellikle tutarsız olmakla kalmaz, saatler araştırmalarda grup düzeyinde analizler için tasarlandığından klinik alakaları da yoktur. “Bireysel düzeyde öngörücü olacak şekilde inşa edilmediler” dedi.
Ve bu saatlerle ölçülen biyolojik yaşını düşüren bir şekilde yaşam tarzını değiştirse bile, daha uzun bir yaşam süresi mi yoksa daha düşük hastalık riski mi olacak? Kaeberlein, “Bunu henüz bilmiyoruz” dedi.
Horvath şimdi bir dergiye gönderilmek üzere pan-memeli saati hakkında bir makale hazırlıyor. Görünüşe göre amacına ulaşmış olsa da koleksiyonundaki boşluklar hala onu rahatsız ediyor. Mayıs ayında, Avustralya'daki bir müzede kıdemli küratörlerle, zamanının çoğunu yeraltında geçiren küçük, büyük ölçüde kör bir yaratık olan keseli benlerden doku elde etme konusunda yazıştı. "Zaten 348 memeli türünden veri ürettik, ancak daha fazlasını eklemek istiyoruz" dedi.
Horvath bu projeyi önerdiğinde, 30 türü analiz etmeye koyuldu, ancak 30'u kısa sürede 50, sonra 100, ardından bunun üç katından fazla oldu. "Kendime ayak uydurmam gerekiyor," dedi, "çünkü daha fazla toplama dürtüsüne sahibim."
