Цивилизация
Метилирование ДНК (присоединение метильной группы CH3 к азотистому основанию цитозину) — это естественная химическая модификация молекулы, не приводящая к изменению ее последовательности, то есть не мутация. Тем не менее метилирование влияет на работу многих генов, это один из важнейших способов ее регуляции.
Метилирование держит в узде те гены, которые не должны работать в данной клетке в данное время.
С возрастом степень метилирования снижается. Этот факт впервые обнаружили советские ученые под руководством академика Андрея Белозерского в 1973 году. Позже исследователи из разных лабораторий установили, что аналогичные изменения (снижение метилирования) происходят и в клетках опухоли. Отсюда возникла гипотеза, что деметилирование провоцирует старение и вызывает предрасположенность к опухолевой трансформации. Теперь американские ученые выпустили ремейк этой версии. Профессор генетики и биостатистики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) Стив Хорват оценил степень метилирования ДНК в разных тканях людей разного возраста.
В своей работе, опубликованной в журнале Genome Biology , ученый утверждает, что разработал метод, позволяющий оценить возраст большинства тканей и типов клеток по уровню метилирования ДНК.
Стив Хорват проанализировал последовательности ДНК из почти 8000 образцов 51 типа тканей и клеток, собранных другими учеными, изучавшими метилирование в здоровых и раковых тканях человека (исследователь благодарит коллег за предоставленные данные). Он определил степень метилирования в 353 точках ДНК и зависимость этого показателя от возраста — в выборку попали люди от новорожденных до долгожителей (101 год).
Откалибровав таким образом «часы», Хорват проверил их точность, сравнивая биологический возраст разных тканей с хронологическим.
В мозге, сердце, легких, печени, почках и хрящах биологические часы показывали время очень точно, а вот ткань молочной железы оказалась на 2–3 года старше, чем другие ткани тела.
Если женщина страдала раком молочной железы, то ее грудь была еще старше. Здоровая ткань, соседствующая с опухолью, была в среднем на 12 лет старше, а сама опухоль примерно на 36 лет старше прочих тканей. Эти результаты, по мнению Хорвата, объясняют, почему с возрастом риск развития рака возрастает и почему рак груди — самое частое онкологическое заболевание у женщин.
Оказалось, что скорость часов непостоянна.
У новорожденного и ребенка они идут очень быстро, постепенно замедляясь, и к 20 годам обретают постоянную скорость.
Неожиданным оказался результат, согласно которому клетки детей, страдающих прогерией — генетическим заболеванием, вызывающим преждевременное старение, выглядят нормальными и метилированы в соответствии с истинным, хронологическим возрастом. Правда, Хорват отмечает, что у него было слишком мало данных, чтобы утверждать это наверняка.
Согласно биологическим часам Хорвата, эмбриональные стволовые клетки имеют нулевой возраст, они новорожденные. В ходе развития их уровень метилирования меняется. Но если взять взрослую клетку и обратить ее развитие вспять — стимулировать ее превращение в плюрипотентную (то есть такую, из которой можно получить клетки разных тканей), эта манипуляция снова переводит биологические часы на ноль.
В принципе на метилирование можно влиять, вопрос в том, поможет ли это контролировать процесс старения.
Вопросов в связи с биологическими часами возникает много, для их изучения удобно иметь экспериментальную модель, у которой зависимость метилирования ДНК от возраста была бы сходной с человеческой. Исследования показали, что состояние ДНК в тканях сердца, печени и почек, а также в клетках крови сходно у шимпанзе и человека. Гориллы от людей отличаются сильнее.
Исследователь надеется, что по уровню метилирования ДНК из легкодоступных источников (слюны, клеток эпителия внутренней поверхности щеки, крови, кожи) можно будет судить о состоянии труднодоступных тканей, таких как мозг, печень или почки. В этом случае уровень метилирования ДНК может стать удобным маркером возраста, развития и состояния здоровья человека, а также косвенным показателем эффекта омолаживающей терапии. Кроме того, возможность сравнивать возраст разных тканей у одного человека позволит определить ткани, ускоренное старение которых свидетельствует о болезни.